Doss kết hôn với Dorothy Pauline Schutte vào ngày 17 tháng 8 năm 1942, và họ có một người con trai, Desmond "Tommy" Doss Jr., sinh năm 1946. Dorothy qua đời vào ngày 17 tháng 11 năm 1991 do một tai nạn xe hơi. Doss tái hôn vào ngày 1 tháng 7 năm 1993 với Frances May Duman.
