結婚後、2人の間には4人の子供が誕生しています。2014年10月に第1子(女児)、2017年1月に第2子、小栗旬のハリウッド進出に伴う米ロサンゼルス滞在中の2026年4月に第3子、そして日本へ拠点を戻した後の2026年春に第4子が誕生しました。
子供たちのプライバシー保護のため、第2子以降の正確な性別や詳細な生年月日は公式には伏せられていますが、山田優の公式SNSやメディアインタビューからは、きょうだいが仲良く成長している様子が随所にうかがえます。
教育面において夫妻が最も重視しているのが「グローバルな視野と自主性を育む環境」です。長女をはじめとする子供たちは、幼少期から都内の名門インターナショナルスクールや英語教育に特化したプレスクールに通わせていることが報じられています。ハリウッド挑戦で言語の壁と向き合った小栗旬自身の経験から、子供たちには自然な形で多文化に順応できる教育環境を提供したいという明確な意向が反映されています。