O familie de gene este un set de mai multe gene similare. Acestea apar prin duplicarea unei singure gene originale. De obicei, acestea au funcții biochimice similare. Ideea că genele se dublează este aproape la fel de veche ca și știința geneticii.
O astfel de familie este reprezentată de genele subunităților hemoglobinei umane. Cele zece gene se află în două grupuri pe cromozomi diferiți, numite loci de α-globină și β-globină. Se crede că aceste două grupuri de gene au apărut în urma duplicării unei gene precursoare, în urmă cu aproximativ 500 de milioane de ani.
Se spune că cea mai mare familie de gene este cea a genelor olfactive. Genele homeobox sunt un alt grup important.
Genele pentru sistemul imunitar includ mai multe familii de gene. Acestea codifică pentru complexul major de histocompatibilitate și pentru imunoglobuline. Receptorii toll-like sunt principalii senzori de infecție la mamifere.