ธนาธรแต่งงานกับรวิพรรณ จึงรุ่งเรืองกิจ มีบุตรธิดารวมด้วยกัน 4 คน[40] เขามักเปิดโอกาสให้ลูกเรียนรู้สิ่งแวดล้อมรอบตัวด้วยตนเอง เพราะต้องการให้เด็กใช้ความคิดสร้างสรรค์ เกิดความสงสัยและตั้งคำถามเป็น[41]

นอกจากนี้ เขายังชื่นชอบการเล่นกีฬาและกิจกรรมผาดโผนต่างๆ อาทิ ปีนเขา พายเรือคายัค วิ่งระยะไกล ขี่จักรยานทางไกล ปีนผา ไตรกีฬา เขาเคยเข้าแข่งรายการต่างๆ ได้แก่ การวิ่ง 250 กิโลเมตรในทะเลทรายซาฮาร่า[42] รายการ 6633 Arctic Ultra มาราธอน 560 กิโลเมตร ในปีพ.ศ. 2558[43]

ธนาธรอ่านหนังสือพิมพ์ เดอะนิวยอร์กไทมส์, ดิอีโคโนมิสต์, ไฟแนนเชียลไทมส์, มติชน และ กรุงเทพธุรกิจ เขายังเป็นแฟนอีสปอร์ตและเกมอย่างไมน์คราฟต์ และอารีนาออฟเวเลอร์ ซึ่งเขาว่าเป็นเครื่องมือหนึ่งในการสร้างสัมพันธ์กับบุตร[44]