Sheikh Muszaphar telah berkahwin dengan Dr. Halina Mohd Yunos (lahir 1981 di Kluang), seorang pakar anestesia di Hospital Selayang pada 10 Oktober 2010 di Seremban, Negeri Sembilan.[27] Sheikh Muszaphar bertemu dengan Dr. Halina sejak 2001 sewaktu beliau merupakan pensyarah di Universiti Kebangsaan Malaysia, manakala Dr. Halina ialah pelajarnya sewaktu itu. Mereka dikurniakan 2 orang cahaya mata perempuan yang bernama Sophea Isabella yang lahir pada 21 Julai 2011 dan Sophea Natasha yang lahir pada 19 Januari 2013. Cahaya mata kembar lelaki Sheikh Adam dan Sheikh Noah yang lahir pada 27 Julai 2017.