Thu Quỳnh xuất thân trong gia đình có truyền thống nghệ thuật khi bố là diễn viên múa và mẹ là diễn viên của Đoàn kịch Quân đội. Cô là chị cả và có em trai tên Cao Sơn sinh năm 1997.
Em trai Thu Quỳnh từng có thời gian học tập tại trường THPT Chuyên Hà Nội - Amsterdam sau đó sang Nhật du học tại trường Đại học Kyushu Nhật Bản - đây là một trong những ngôi trường danh giá đứng thứ 3 tại xứ sở hoa anh đào. Cao Sơn thông minh và giàu tình cảm. Cả hai chị em đều thừa hưởng vẻ ngoài của bố mẹ, nữ diễn viên "Hương vị tình thân" cho rằng em trai chính là "phiên bản nam" hoàn hảo của bản thân.
Em trai Thu Quỳnh lên đường sang Nhật du học trở lại
Be cực kỳ thân thiết và tình cảm bên cậu
Sau thời gian nghỉ hè, về thăm gia đình, tối qua (20/8), Thu Quỳnh cùng bố mẹ và con trai tiễn em trai ra phi trường để sang Nhật du học trở lại. Tiễn chân em, nữ diễn viên viết: "Thế là Cậu lại tiếp tục lên đường. Be sẽ nhớ Cậu lắm này! Cả nhà cũng nhớ Cậu lắm lắm! Chân cứng đá mềm, vui vẻ, khoẻ mạnh nhé em troai!"
Trong đó, những khoảnh khắc Be - con trai Thu Quỳnh chụp ảnh bên cậu làm ai nấy đều trầm trồ và xuýt xoa trước độ giống nhau của 2 cậu cháu. Thậm chí có người còn thốt lên rằng: "Giống cậu hơn cả giống mẹ!", Thu Quỳnh liền hồi đáp: "Chẳng giống mẹ điểm nào luôn ý".
Một số hình ảnh trước đó khi em trai Thu Quỳnh về thăm nhà