朱棣在做藩王时，朱元璋便为他册封了王妃，那便是开国功臣中山王徐达的长女。靖难之役中，朱棣颇得力于这位王妃。朱棣带兵去攻打大宁，李景隆乘机围攻北平。当时世子朱高炽留守北平，形势很危急，多亏了王妃徐氏的谋划。城中兵少，徐妃便激劝将校士民的妻子参战，组成一批女兵，披上铠甲，登城拒守，终于坚持到朱棣回师。

朱棣做了皇帝后，徐妃册为皇后。她常规劝朱棣与民休息，又劝朱棣对新旧官员不要有不同对待。在靖难之役中，徐妃的弟弟徐增寿常把建文帝朝中的情报送给燕王，因而被建文帝所杀。朱棣要为他追赠官爵，徐皇后反对。后来朱棣还是将徐增寿封为定国公，并让其子袭封，徐皇后说这不是我的意愿，而不向朱棣道谢。她还曾将那些朱棣所倚重的大臣的夫人们召进宫来，让她们以民生为念，做好内助。徐皇后明于治理，还采辑《女宪》、《女诫》，编成了《内训》二十篇，及《劝善书》，颁行天下，以化育人心。

永乐五年（1407），徐皇后病逝，临终时还劝朱棣要爱惜百姓，广求贤才，恩礼宗室，不要骄宠外戚。对于她的死，朱棣十分伤心，为她在灵谷寺、天禧寺举行了大斋，听群臣前来致祭。谥为仁孝文皇后。后来朱棣在北京天寿山为自己营建了陵墓长陵，首先将徐后安葬其中。从此，朱棣不再册立皇后。

朱棣还有两个心爱的妃子，一个是昭献贵妃王氏，一个是恭献贤妃权氏。王氏有贤德，侍奉徐皇后很恭谨，为朱棣所倚重。朱棣晚年性情暴躁，臣属动辄得罪，不论太子诸王公主还是大臣，都得到过王氏的调护。徐后死后，宫中一切大事实际都由王氏掌管。

权氏是朝鲜人，姿质秾粹，善吹玉箫，甚受朱棣宠爱。永乐八年（1410），权氏随朱棣北征，在还师时死于山东临城。

朱棣一共有四个儿子，长子朱高炽便是后来的明仁宗。朱高炽虽为长子，又仁贤，却不为朱棣喜欢。他很胖，因而很笨，走路要人搀扶，还不免失足，当然难以带兵出去打仗了。朱棣最喜欢老二朱高煦。朱高煦被封为汉王，他从小不肯读书，为人凶悍，靖难之役中屡立战功，几次救朱棣转危为安。朱棣想立他为太子，却遭到大臣们的反对。大学士解缙的死，黄淮的下狱，就与他们跟朱高炽的关系有牵连。幸亏朱高炽有位聪明伶俐的儿子朱瞻基，很受朱棣宠爱，朱高炽的太子地位才得以保住。朱棣死后一年多，朱高煦便起兵想夺取皇位，这时是朱瞻基（明宣宗）在位，亲自率兵东征，兵临城下，朱高煦不战而屈。朱棣的三子朱高燧，封为赵王。四子朱高爔，未封而殇。

朱棣的母亲是谁？自明朝以来便众说纷纭。按宗法制说，谁与朱元璋最亲，谁便有资格做皇帝。于是朱棣反复宣称自己“乃父皇太祖高皇帝亲子，母后孝慈高皇后亲生，皇太子亲弟，黍居众王之上。”这一招确实在他夺取皇位中起了大作用。但人们逐渐发现各种官私记载与朱棣所说大不相同，这些记载之间又互不相同。有的说朱棣与周王朱是高皇后所生，而太子及秦王、晋王等都是庶出。有的说朱棣是达妃所生，太子与秦王、晋王则是高皇后所生。有的则说朱棣的生母是碽妃。还有说朱棣是元顺帝妃洪吉喇氏所生的，或是说元顺帝妃瓮氏所生的，或是说元顺帝的高丽妃所生的。

朱棣既然说他是皇帝亲子，皇后亲生，他于即位后便无法改口了，应有的礼仪封典也只能给高皇后了。朱棣的生母究竟是谁？明南京《太常寺记》认为是碽妃，而懿文太子、秦王、晋王，皆李妃所生。这不仅从看守孝陵的阉人口中得到旁证，而且明朝就有人为此专门进入寝殿探寻究竟。果如《太常寺记》所记；在享殿中，太祖朱元璋与皇后马氏座位南向，左淑妃李氏等座东向西，惟碽妃座西向东。明人尚左，这说明碽妃除高皇后外地位高于其他妃嫔。原来这是个不可张扬的秘密。朱棣为了自己皇位坐得稳一点，不敢公开承认自己的生母，只好把碽妃偷偷供奉在这里。明人有诗写道：“成祖重所生，嫔德莫敢齐。一见异千闻，《实录》安可稽？”关于碽妃，有的野史说她是高丽人。燕王出生后，马皇后养为己子，便将碽妃赐死了，据说是用铁裙之刑致死的，是否确实，已不得而知了。

朱棣好色，吃饭要有宫女伴唱，晚年朝参也要有宫女陪伴。这在明初是很特殊的。他曾多次派人到朝鲜去选淑女，弄得朝鲜君民不得安宁。朱棣最宠爱的朝鲜妃子权氏享年不永。对她的死，起初无人怀疑。后来宫人吵架，有人揭发是朝鲜妃子吕氏串通中官和银匠用砒霜毒死了权妃。朱棣大怒，将中官、银匠处死，命令用烙铁烙一个月杀死吕氏，并杀死吕氏在宫中的从人，牵连至死者达数百人。其实这是个冤狱，到朱棣晚年才暴露出来。永乐十九年（1421），诬陷吕氏的宫人鱼氏与宦官的私情被揭发，二人自杀。朱棣将他们的侍婢拘捕审讯，侍婢们因受不了拷掠，诬服认罪，并说要谋杀朱棣。这一来非同小可，后宫连坐者竟达二千八百人之多。行刑之日，朱棣亲临刑场，看着她们被一一剐死。有的宫人在临死时大骂朱棣：“自家阳衰，故私少年寺人，何咎之有！”两案所杀竟达三千余人。为了自己的私欲，朱棣何等阴毒残暴！

永乐二十二年（1424），朱棣在第五次北征归途中病逝于榆木川（今内蒙古多伦西北）。这一年，他六十五岁。

这时六师在外，京师无主，朱棣左右商定绝对不泄露皇帝逝世消息。内臣马云与大学士杨荣、金幼孜商议，将军中的锡器收集起来熔成一椑（棺），将朱棣收殓了，然后将锡匠杀死。又将椑放在辇上，每天早晚照常上膳。大军继续朝京师进发，同时派人密报太子。

不久太子朱高炽即位，便是仁宗。朱棣被安葬在天寿山长陵，与徐皇后合葬，尊谥称“启天弘道高明广运圣武神功纯仁孝文皇帝”，庙号太宗。嘉靖十七年（1538），皇帝闹大礼，要尊本生父母，于是修改朱棣谥号为“启天宏道高明肇运圣武神功纯仁至孝文皇帝”，庙号则称成祖了。