Steitz menikahi Joan A. Steitz, seorang ahli biologi molekuler terkemuka yang juga merupakan Profesor Sterling Biofisika Molekuler dan Biokimia di Yale. Ia tinggal bersama istrinya di Branford, Connecticut dan memiliki satu orang putra bernama Jon.[6] Thomas meninggal dunia pada tanggal 9 Oktober 2018 karena komplikasi selama pengobatan kanker pankreas.