Roald berkahwin dengan Patricia Neal, seorang pelakon Amerika Syarikat pada 2 Julai 1953 di Trinity Church, Bandar Raya New York. Perkahwinan mereka bertahan selama 30 tahun serta melahirkan 4 anak.

Pada 5 Disember 1960, anak ketiga mereka, Theo, cedera teruk akibat kereta sorongnya dilanggar sebuah kereta teksi di Bandar Raya New York; di mana dia menghidap hidrosefalus. Roald, seorang jurutera hidraulik bernama Stanley Wade dan pakar bedah bernama Kenneth Till bersama-sama membangunkan suatu injap khas yang membantu merawat kondisi ini.[14][15] Injap ini sangat berkesan sehingga digunapakai pada sebanyak hampir 3,000 anak-anak di seluruh dunia.[16]