Walaupun mengalami hilang upaya yang teruk, akibat sklerosis lateral amiotrofik (ALS) yang merupakan sejenis penyakit neuron motor yang biasa dirujuk sebagai "Penyakit Lou Gehrig" di Amerika Syarikat, Hawking masih amat giat dalam bidang fizik, penulisan, dan kehidupan awam. Penyakit Hawking memaksanya membuat perhitungan-perhitungan yang panjang dan rumit dengan hanya menggunakan otaknya.

Ketika Hawking masih muda, beliau merupakan seorang pemuda yang kuat dan tangkas, dan yang suka menunggang kuda serta bermain dengan kanak-kanak yang lain. Di Oxford, beliau mengemudikan pasukan pendayung yang beliau katakan membantu melegakan kebosanannya di universiti. Gejala-gejala gangguan tertimbul buat pertama kali ketika Hawking mendaftarkan diri di Cambridge. Diagnosis penyakit itu muncul apabila Hawking berumur 21 tahun, iaitu tidak lama sebelum perkahwinannya yang pertama. Doktor-doktornya mengatakan bahawa beliau tidak akan hidup melebihi dua atau tiga tahun.

Hawking berjuang dan hidup jauh lebih lama berbanding mana-mana pesakit ALS lain yang diketahui, walaupun diramalkan tidak mungkin. Bagaimanapun, keadaan hilang upayanya semakin bertambah buruk. Beliau menggunakan pensintesis suara untuk berhubung sejak menjalani trakeostomi pada tahun 1985, akibat pneumonia yang teruk. Beliau beransur-ansur hilang keupayaannya untuk menggunakan lengan, kaki, dan suaranya, dan kini hampir benar-benar lumpuh. Sistem komputer yang dipasang pada kerusi rodanya dikendalikan oleh Hawking melalui 'suis kedipan' inframerah yang dipasang pada cermin matanya. Dengan mengerutkan pipi kanannya, beliau dapat bertutur, mengarang ucapan dan kertas kerja penyelidikan, serta melayari Jaringan Sejagat (WWW), dan menggunakan emel. Sistem itu juga menggunakan pemancaran radio untuk mengawal pintu rumah dan pejabatnya.

Walaupun Hawking menghidap penyakit itu, beliau menganggap diri sebagai seorang yang "bernasib baik" — keuzuran kesihatannya yang perlahan bukan sahaja memberinya masa untuk membuat penemuan-penemuan yang berpengaruh tetapi juga, dalam perkataannya sendiri, memberinya masa untuk mempunyai "sebuah keluarga yang amat menarik" . Sewaktu Jane ditanya mengapa dia memutuskan untuk berkahwin dengan seorang lelaki yang cuma mempunyai jangka hayat tiga tahun, dia berjawab: "Oleh sebab zaman ini merupakan zaman kekelaman dan ajal atom, kita semua mempunyai jangka hayat yang pendek."

Isteri Hawking menjaganya sehingga tahun 1991 apabila mereka berpisah di bawah tekanan kemasyhuran, keadaan hilang upaya yang semakin menjadi buruk, serta keperluan untuk menggaji beberapa orang jururawat sepenuh masa. Beliau kemudian terlibat dengan Elaine Mason, salah seorang jururawatnya, dan kemudian berkahwin pada tahun 1995. Sebuah rencana di dalam majalah Vanity Fair yang ditulis oleh Judy Bachrach pada tahun 2004 mengandungi dakwaan mengenai keganasan antara pasangan ini yang diakibatkan oleh keluarga pertama Hawking. Bagaimanapun, siasatan polis pada tahun yang sama berakhir tanpa sebarang kesimpulan. Pada tahun 1999, Jane Hawking menerbitkan "Muzik untuk Mengharukan Bintang-bintang" ("Music to Move the Stars"), kisah kenangannya yang memerihalkan hubungannya dengan seorang kawan keluarga yang dikahwininya kemudian. Anak perempuan mereka, Lucy Hawking, adalah penulis novel,, manakala Robert Hawking, anak lelaki mereka, berhijrah ke Amerika Syarikat, berkahwin, dan dikurniakan dengan seorang anak, George Edward.