Ngày 21 tháng 4 năm 1964, anh làm đám cưới với chị Phan Thị Quyên (sinh năm 1944) là công nhân hãng bông Bạch Tuyết, có cha mẹ từ miền Bắc di cư vào Nam sinh sống. Sau khi cưới, vợ chồng anh cùng người cháu tên Hứa về ở chung nhà với một gia đình đồng hương tại số 1701, ấp Tây Ba, gần xứ đạo Bùi Chu - Phát Diệm.
Chỉ 19 ngày sau lễ kết hôn thì Nguyễn Văn Trỗi bị bắt. PhanVợ Thị Quyênanh cũng bị bắtgiam saugiữ vài ngày nhưng sau đónhưng được thả ra vì không có bằng chứng kết tội. Hai người chưa có con với nhau.<ref>Hoàng Sơn, [https://thanhnien.vn/doi-song/vo-anh-hung-liet-si-nguyen-van-troi-anh-la-nguoi-rat-ghet-noi-doi-502947.html Vợ anh hùng liệt sĩ Nguyễn Văn Trỗi: 'Anh là người rất ghét nói dối'], báo Thanh Niên, 19:40 14/10/2014, ngày truy cập 5/7/2019.</ref> Sau đó Phan Thị Quyên tham gia cách mạng, năm [[1969]] thì ra Bắc. Năm [[1973]] bà lập gia đình mới. Năm [[1980]] bà về công tác tại Công ty Du lịch TP.HCM cho đến khi nghỉ hưu.<ref>Thanh Thùy, [https://www.24h.com.vn/tin-tuc-trong-ngay/ba-phan-thi-quyen-vo-anh-hung-nguyen-van-troi-qua-doi-c46a1063701.html Bà Phan Thị Quyên, vợ anh hùng Nguyễn Văn Trỗi qua đời], www.24h.com.vn, Thứ Năm ngày 04/07/2019 13:29 PM, truy cập ngày 5/7/2019.</ref>
== Trong văn hóa đại chúng sau giải phóng ở Việt Nam==
