Den 19 juni 1976 gifte sig Carl XVI Gustaf i Stockholms Storkyrka med Silvia Renate Sommerlath, från Heidelberg, Tyskland, dotter till direktör Walther Sommerlath och Alice de Toledo. Förlovningen hade eklaterats den 12 mars samma år. Kungaparet träffades under OS i München 1972. På bröllopet var brudgummen klädd i amiralsuniform, till vilken han bar Serafimerorden, Svärdsorden och kraschanen till Förbundsrepubliken Tysklands förtjänstorden.
Kungaparet har tre barn:
1. Kronprinsessan Victoria, hertiginna av Västergötland (född 1977)
2. Prins Carl Philip, hertig av Värmland (född 1979)
3. Prinsessan Madeleine, hertiginna av Hälsingland och Gästrikland (född 1982)
Släktskap med europeiska kollegor
* Drottning Margrethe II av Danmark – kusin
* Kung Harald V av Norge – dubbel brylling och fars syssling
* Kung Juan Carlos I av Spanien – dubbel brylling
* Kung Albert II av Belgien – fars syssling
* Drottning Beatrix I av Nederländerna – brylling
* Drottning Elizabeth II av Storbritannien – dubbel brylling. Carl XVI Gustaf är därmed nummer 190 i den brittiska tronföljden.
* Storhertig Henri av Luxemburg – brylling
* Furst Albert II av Monaco – sjumänning
* Furst Hans Adam II av Liechtenstein – fars sexmänning