戴維·卡梅倫是英王威廉四世的直系後裔，出生於倫敦，在英格蘭東南部的伯克郡長大。
卡梅倫是英王威廉四世（1765-1837）和他的情婦多麗西婭·佐敦（Dorothea Jordan）的私生孩子的直系後裔，卡梅倫本人擁有純正的英國王室血統。假如威廉四世和情婦那段關系是正式的婚姻，卡梅倫首相就可以列入英國王位的繼承人名單內。由於祖輩的關系，卡梅倫具備英格蘭（England）、蘇格蘭（Scotland）和德國的血統，其中的德國血統來源於威廉四世的母親。
卡梅倫高祖父埃雲·卡梅倫爵士曾經是匯豐銀行倫敦總行的首席主管。卡梅倫的祖父曾到美國芝加哥做谷物買賣的生意並且發了大財，於1880年離開美國回到蘇格蘭。卡梅倫的父親伊恩·卡梅倫出生在蘇格蘭阿伯丁郡。卡梅倫家中兄弟姐妹壹***四人，他本人在兄弟姐妹中排行第二。卡梅倫有壹位比他大三歲的哥哥，現任大律師，另外有兩位妹妹。 祖母：Enid Agnes Maud Levita是國王威廉四世和情婦桃樂西·喬丹（Dorothea Jordan）的直系後裔。
父親：伊恩·卡梅倫（Ian Donald Cameron，1932年10月12日－2010年9月8日）是壹位股票經紀人，生於Blairmore House，雙腿天生畸形，通過反復訓練矯形，2010年9月8日在法國土倫去世。
母親：瑪麗·弗勒·蒙特（Mary Fleur Mount，1934年－）是軍官威廉·蒙特爵士，第二代從男爵（Sir William Mount, 2nd Baronet）的女兒。
兄長：艾倫·亞歷山大（Allan Alexander，1963年－）大律師、禦用大律師。
姊妹：尼亞·雷切爾Tania Rachel，1965年－。
克萊爾·路易絲Clare Louise，1971年－。
妻子：謝曼芙，1996年6月1日結婚至今，嶽父是壹名從男爵。
長子：Ivan（2002.04.08～2009.02.25），腦癱及癲癇患者，已故，終年6歲。
長女：Nancy（2004～）。
幼子：Arthur（2006～）。
幼女：Florence（2010.08.24～），早產兒。卡梅倫繼托尼·布萊爾在2000年在首相任內誕下幼子裏奧後，從2000年來首相再次在任內誕嬰。
1996年6月1日，卡梅倫與妻子珊曼莎結婚。珊曼莎（1971年4月18日~）從小在占地300英畝的莊園長大，在壹家理工學院就讀藝術，在英國倫敦老牌的佛蘭克·史密辛公司（Frank Smythson Limited，1887年創立）擔任創意總監，佛蘭克·史密辛公司是高級文具、皮具的制造商，在倫敦和紐約都有零售商店。珊曼莎本人曾獲得英國《魅力》雜誌（British Glamour）的“最佳飾物2008年給親友的聖誕卡上的合家歡設計師”大獎。
2010年5月，卡梅倫成為英國首相之後，珊曼莎宣布將暫停全職工作，改為擔任史密辛公司的顧問，每周工作時間減少為兩天。
2002年，卡梅倫夫婦的長子伊凡（Ivan.Cameron）出生，但他不幸罹患腦癱和癲癇，需要24小時照顧護理。
2005年，長女南西（Nancy.Cameron）出生。
2007年，次子阿瑟（Arthur.Cameron）出生，壹家五口經常出外遊樂。
2008年，在卡梅倫夫婦以全家福照片制作的送給傳媒和公眾的聖誕卡上面，卡梅倫深情凝望殘障並有重癥的伊凡，珊曼莎與南西和模樣調皮的阿瑟坐在沙發上，展示天倫之樂。
2009年2月，患有腦癱和癲癇的長子伊萬·卡梅倫不幸夭折，年僅6歲，對卡梅倫夫婦帶來極大打擊，卡梅倫壹度考慮退出政壇。
2010年8月27日，英國首相戴維·卡梅倫的妻子薩曼莎·卡梅倫與新生女兒Florence.Cameron出院。卡梅倫的副手、副首相尼克·克萊格證實，卡梅倫打算休假陪伴妻女，卡梅倫將因此成為英國首個任內休“產假”的首相。