หลุยส์ โทมัส กันนิส ลีโอโนเวนส์แต่งงานทั้งหมด 2 ครั้งกับ

• แคโรไลน์ น็อกซ์ (1856–1893) บุตรสาวคนเล็กของเซอร์โทมัส ยอร์ช น็อกซ์ กงสุลอังกฤษประจำสยามผู้มีชีวิตอยู่ระหว่าง 1824 ถึง 1887 และภรรยา ปราง เย็น สตรีชั้นสูงชาวสยาม[2][3][4][5][6] ทั้งคู่มีบุตรชาย 1 คนคือ โทมัส ("ยอร์ช") น็อกซ์ ลีโอโนเวนส์ (1888–1953) ซึ่งตั้งชื่อตามผู้เป็นตาและบุตรสาว 1 คนคือ แอนนา แฮร์เรียต ลีโอโนเวนส์ (1890–?) ซึ่งตั้งชื่อตามผู้เป็นย่า[7]

• รีตา เมย์ (1880–1936) แต่งงานเมื่อ ค.ศ. 1900 ทั้งคู่ไม่มีบุตร–ธิดาด้วยกัน[8]

หลุยส์ ที. ลีโอโนเวนส์ถึงแก่กรรมเมื่อวันที่ 17 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1919 ที่กรุงลอนดอน ประเทศอังกฤษระหว่างเกิดการระบาดใหญ่ทั่วโลกของไข้หวัดใหญ่สเปน โดยศพของเขาถูกฝังเคียงข้างกับภรรยาคนที่สองที่สุสานบรอมพ์ตันในกรุงลอนดอน