Eine Genfamilie ist ein Satz aus mehreren ähnlichen Genen. Sie entstehen durch die Duplikation eines einzigen ursprünglichen Gens. Normalerweise haben sie ähnliche biochemische Funktionen. Die Idee, dass Gene verdoppelt werden, ist fast so alt wie die Wissenschaft der Genetik.
Eine solche Familie sind die Gene für menschliche Hämoglobin-Untereinheiten. Die zehn Gene befinden sich in zwei Clustern auf verschiedenen Chromosomen, den so genannten α-Globin- und β-Globin-Loci. Man nimmt an, dass diese beiden Gencluster durch die Verdoppelung eines Vorläufergens vor etwa 500 Millionen Jahren entstanden sind.
Die größte Genfamilie sollen die Riechgene sein. Eine weitere wichtige Gruppe sind die Homöobox-Gene.
Zu den Genen für das Immunsystem gehören mehrere Genfamilien. Sie kodieren für den Haupthistokompatibilitätskomplex und die Immunglobuline. Die Toll-like-Rezeptoren sind die Hauptsensoren der Infektion bei Säugetieren.