Отец — Валентин Михайлович Ковальчук (1916—2013), доктор исторических наук, специалист по истории блокады Ленинграда, главный научный сотрудник Санкт-Петербургского института истории РАН[31][32][33].
Мать — Ковальчук (Виро) Мирьям Абрамовна (1918—1998), учёный-историк, сотрудница исторического факультета ЛГУ.
Жена — Елена Юрьевна Полякова, специалист по истории Ирландии, дочь историка Ю. А. Полякова, члена-корреспондента АН СССР с 1966 года, академика РАН с 1997 года[34][35].
Сын — Кирилл Михайлович Ковальчук, родился 22 декабря 1968 года, председатель Совета директоров Национальной Медиа Группы — крупного медиахолдинга, владеющего долями в Первом канале, Пятом канале, РЕН ТВ, СТС Медиа, газете «Известия» и других СМИ[36]. Кирилл Ковальчук упоминался прессой в связи со скандальной реконструкцией в центре Москвы дома Болконских[37][38][39].
Брат — Юрий Валентинович Ковальчук, миллиардер, председатель совета директоров банка «Россия». Его имя также связывают с Национальной Медиа Группой, страховой компанией «Согаз» и другими бизнес-активами. Известен как человек, близкий к Владимиру Путину; ряд СМИ называют его личным другом Путина[1][40][41][42][43]. Зачастую в прессе Михаил и Юрий Ковальчуки упоминаются совместно как «братья Ковальчуки»[39][44][45]. Хотя, по сообщениям СМИ, бизнес-империю с помощью бывших студентов их матери создавал находящийся на государственной службе Михаил Валентинович Ковальчук, официально, собственностью в этой империи владеет и является миллиардером только его младший брат Юрий[46][47][48][49].
Племянник — Борис Юрьевич Ковальчук, председатель Правления ОАО «Интер РАО ЕЭС»; до этого возглавлял в Правительстве РФ департамент приоритетных национальных проектов[50].