Karl Vaino isa oli [[Heinrich Vaino]], [[bolševik]] 1917. aastast, kes osales nõukogude võimu kehtestamises Virumaal 1917. aastal, olles valitud Virumaa nõukogude võimuorganitesse. Eestist siirdus Heinrich Vaino [[Siber]]isse [[Tomsk]]isse, kus oli samuti aktiivne nõukogude võimu kehtestaja, kuuludes Tomski oblasti ja linna juhtorganistesse ning töötades [[Nõukogude Liidu Kommunistlik Partei|Venemaa Kommunistliku (bolševike) Partei]] Tomski oblastikomitees.
[[1947]]. aastal pöördus Heinrich Vaino Eestisse tagasi ja osales kolhoosikorra kehtestamises Virumaal. Tema abikaasa oli eestlanna Liidia Savi ning Karl Vaino on nende poeg.
Ta oli abielus [[Anna IlijnišnaIljinitšna Vaino]]gaVainoga. Karl Vaino poeg on [[Eduard Vaino]], endine Nõukogude Liidu kaubandusdiplomaat [[Jaapan]]is, kes oli 2009–2020 Venemaa autotööstuskontserni [[AvtoVAZ]] asepresident.<ref>https://www.rbc.ru/business/31/10/2019/5dbae9ab9a79475e54fafc62</ref> Tema naineabikaasa oli Tatjana Galinskaja, kellega tal on poeg [[Anton Vaino]]. Tatjana Galinskaja isa oli Erik Roberti poeg Galinski (1926–2010), kes oli pärit [[Peterburi|Leningrad]]ist ning keda [[1985]]. aastal autasustati [[Suure Isamaasõja orden|Suure Isamaasõja II klassi ordeniga]]. Erik Galinski ema oli eestlanna Luise Valge. Erik Galinski oli [[Tallinna Tehnikaülikool|Tallinna Polütehnilise Instituudi]] vilistlane, [[Eesti NSV teeneline insener]]. Tema naineabikaasa oli Helene Galinskaja (Delvin) (1931–2000), kes oli sündinud [[Prantsusmaa]]l. [[Eesti NSV]] haridusjuhtharidusjuhi [[Helene Galinskaja]] olivanemad olid Nikolai Aleksandri poeg DelviniDelvin (1899–1969), kes sündisoli sündinid [[Hiina]]s, ja Zinaida Tsvetkova (1908–1975) tütar.
Anton Vaino ema Tatjana Galinskaja lahutas Eduard Vainost ning abiellus teist korda Viktor Ježevskiga, kes on endise NSV Liidu traktori- ja põllumajandusmasinaehituse ministri, aastatel 1980–1988, Aleksandr Ježevski (1915–2017) poeg. Eduard Vaino ja Viktor Ježevski töötasid ühel ajal, 1980. aastatel, NSV Liidu kaubandusesinduses [[Jaapan]]is.
