堅牢な論客というパブリックイメージの一方で、私生活においては深い家族愛と知られざる苦難を経験しています。枝野氏は1998年、日本航空の客室乗務員（CA）を務めていた和子夫人と見合いを通じて結婚しました。選挙区である埼玉県大宮市（現さいたま市）での活動を献身的に支え続ける和子夫人の存在は、地元関係者の間でも厚い信頼を集めています。
夫妻は長年にわたり不妊治療に向き合い、その過酷な経験を隠すことなく公表しています。体外受精などの高度不妊治療を経験した末、2006年に双子の男児（長男・次男）を授かりました。枝野氏は当時の手記やインタビューで、妻が耐え忍んだ身体的・精神的負担に対する畏敬の念を綴るとともに、生殖補助医療に対する公的助成や少子化対策の実効性向上を訴える政策活動へと昇華させています。
また、政治界随一のアイドルファン・カラオケ愛好家としても有名です。特に坂道グループ（欅坂46や乃木坂46）の楽曲を好み、テレビのバラエティ番組やネット配信で「不協和音」を熱唱する姿が紹介されるなど、堅物なイメージを覆すユーモラスな一面も親しまれています。
