Une famille de gènes est un ensemble de plusieurs gènes similaires. Ils se produisent par la duplication d'un seul gène original. En général, ils ont des fonctions biochimiques similaires. L'idée que les gènes sont dupliqués est presque aussi ancienne que la science de la génétique.
L'une de ces familles est constituée des gènes des sous-unités de l'hémoglobine humaine. Les dix gènes sont répartis en deux groupes sur des chromosomes différents, appelés loci α-globine et β-globine. On pense que ces deux groupes de gènes sont issus de la duplication d'un gène précurseur, il y a environ 500 millions d'années.
La plus grande famille de gènes serait celle des gènes d'olfaction. Les gènes de la homéoboxe constituent un autre groupe important.
Les gènes du système immunitaire comprennent plusieurs familles de gènes. Ils codent pour le complexe majeur d'histocompatibilité, et les immunoglobulines. Les récepteurs de type "toll" sont les principaux capteurs d'infection chez les mammifères.