長男・水島恵一は心理学者で文教大学元学長・名誉教授、次男・水島昭二は生化学者で東京大学名誉教授、三男・水島裕は元参議院議員で医師。長女は薬学者の廣部千恵子で、その夫は廣部雅昭。次女・榊原節子の夫は榊原仟の長男。三女は井沢雅子。孫に生物学者の水島昇、元衆議院議員で精神科医の水島広子らがいる。妻は正田貞一郎の二女で、正田英三郎の妹である水島勅子。したがって、上皇后美智子は義理の姪に当たる。
作家の近藤富枝、森まゆみは遠戚[3]。水島恭愛（ハクビ京都きもの学院理事長）は近藤富枝の従兄弟で、やはり遠戚[4]。
弟子には森野米三、島内武彦、渡邊格、長倉三郎、野田春彦、今堀和友ら。
