戴维·卡梅伦是英王威廉四世的直系后裔，出生于伦敦，在英格兰东南部的伯克郡长大。
卡梅伦是英王威廉四世（1765-1837）和他的情妇多丽西娅·佐敦（Dorothea Jordan）的私生孩子的直系后裔，卡梅伦本人拥有纯正的英国王室血统。假如威廉四世和情妇那段关系是正式的婚姻，卡梅伦首相就可以列入英国王位的继承人名单内。由于祖辈的关系，卡梅伦具备英格兰（England）、苏格兰（Scotland）和德国的血统，其中的德国血统来源于威廉四世的母亲。
卡梅伦高祖父埃云·卡梅伦爵士曾经是汇丰银行伦敦总行的首席主管。卡梅伦的祖父曾到美国芝加哥做谷物买卖的生意并且发了大财，于1880年离开美国回到苏格兰。卡梅伦的父亲伊恩·卡梅伦出生在苏格兰阿伯丁郡。卡梅伦家中兄弟姐妹一共四人，他本人在兄弟姐妹中排行第二。卡梅伦有一位比他大三岁的哥哥，现任大律师，另外有两位妹妹。 祖母：Enid Agnes Maud Levita是国王威廉四世和情妇桃乐西·乔丹（Dorothea Jordan）的直系后裔。
父亲：伊恩·卡梅伦（Ian Donald Cameron，1932年10月12日－2010年9月8日）是一位股票经纪人，生于Blairmore House，双腿天生畸形，通过反复训练矫形，2010年9月8日在法国土伦去世。
母亲：玛丽·弗勒·蒙特（Mary Fleur Mount，1934年－）是军官威廉·蒙特爵士，第二代从男爵（Sir William Mount, 2nd Baronet）的女儿。
兄长：艾伦·亚历山大（Allan Alexander，1963年－）大律师、御用大律师。
姊妹：尼亚·雷切尔Tania Rachel，1965年－。
克莱尔·路易丝Clare Louise，1971年－。
妻子：谢曼芙，1996年6月1日结婚至今，岳父是一名从男爵。
长子：Ivan（2002.04.08～2009.02.25），脑瘫及癫痫患者，已故，终年6岁。
长女：Nancy（2004～）。
幼子：Arthur（2006～）。
幼女：Florence（2010.08.24～），早产儿。卡梅伦继托尼·布莱尔在2000年在首相任内诞下幼子里奥后，从2000年来首相再次在任内诞婴。
1996年6月1日，卡梅伦与妻子珊曼莎结婚。珊曼莎（1971年4月18日~）从小在占地300英亩的庄园长大，在一家理工学院就读艺术，在英国伦敦老牌的佛兰克·史密辛公司（Frank Smythson Limited，1887年创立）担任创意总监，佛兰克·史密辛公司是高级文具、皮具的制造商，在伦敦和纽约都有零售商店。珊曼莎本人曾获得英国《魅力》杂志（British Glamour）的“最佳饰物2008年给亲友的圣诞卡上的合家欢设计师”大奖。
2010年5月，卡梅伦成为英国首相之后，珊曼莎宣布将暂停全职工作，改为担任史密辛公司的顾问，每周工作时间减少为两天。
2002年，卡梅伦夫妇的长子伊凡（Ivan.Cameron）出生，但他不幸罹患脑瘫和癫痫，需要24小时照顾护理。
2005年，长女南西（Nancy.Cameron）出生。
2007年，次子阿瑟（Arthur.Cameron）出生，一家五口经常出外游乐。
2008年，在卡梅伦夫妇以全家福照片制作的送给传媒和公众的圣诞卡上面，卡梅伦深情凝望残障并有重症的伊凡，珊曼莎与南西和模样调皮的阿瑟坐在沙发上，展示天伦之乐。
2009年2月，患有脑瘫和癫痫的长子伊万·卡梅伦不幸夭折，年仅6岁，对卡梅伦夫妇带来极大打击，卡梅伦一度考虑退出政坛。
2010年8月27日，英国首相戴维·卡梅伦的妻子萨曼莎·卡梅伦与新生女儿Florence.Cameron出院。卡梅伦的副手、副首相尼克·克莱格证实，卡梅伦打算休假陪伴妻女，卡梅伦将因此成为英国首个任内休“产假”的首相。
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