- 第一任妻子:刘秀贞。育有二子陈祖泽、陈祖涛。
- 第二任妻子:杜作祥。“二十八个半布尔什维克”之一。1928年春在莫斯科结婚。1931年4月因工作分居,1934年被国民党逮捕失去联系。无子女。
- 第三任妻子:张琴秋。“二十八个半布尔什维克”之一。1935年长征途中结婚。1936年10月,红四方面军、红二方面军与红一方面军在甘肃会宁会师后,因独立师减员严重,缩编为抗日先锋团,参加西路军作战,张仍任团长,西路军不久失败,张随军被俘,被押往南京。抗日战争爆发后,张被释放,前往延安工作,长期在中共中央妇女委员会工作。1939年陈昌浩去苏联,1943年张与他人再婚。无子女。
- 第四任妻子:格拉娘。陈昌浩1939年去苏联后结识,育有一子陈祖莫。1960年代离婚。
- 第五任妻子:孟力。1965年7月结婚。无子女。