Una famiglia di geni è un insieme di diversi geni simili. Si formano dalla duplicazione di un singolo gene originale. Di solito hanno funzioni biochimiche simili. L'idea che i geni si duplichino è vecchia quasi quanto la scienza della genetica.
Una di queste famiglie sono i geni per le subunità dell'emoglobina umana. I dieci geni sono in due gruppi su cromosomi diversi, chiamati loci dell'α-globina e della β-globina. Si pensa che questi due gruppi di geni siano sorti dalla duplicazione di un gene precursore, circa 500 milioni di anni fa.
La più grande famiglia di geni è quella dei geni dell'olfatto. I geni homeobox sono un altro gruppo importante.
I geni per il sistema immunitario includono diverse famiglie di geni. Essi codificano per il complesso maggiore di istocompatibilità e le immunoglobuline. I recettori toll-like sono i principali sensori di infezione nei mammiferi.