Se considera hijo de los actores Patty Duke y John Astin. Aunque su madre afirmó en su autobiografía de 1987 que John Astin era el padre biológico de Sean, más tarde declaró que estaba convencida de que era en realidad Desi Arnaz Jr. hasta que, finalmente, una prueba de paternidad realizada en 1994 demostró que el padre biológico de Sean era el segundo marido de Duke, Michael Tell, un escritor estadounidense con el que estuvo casada 13 días. Sin embargo Sean siempre ha declarado que, para él, John Astin es su único y verdadero padre. En 1973 nació su hermano Mackenzie Astin, quien trabajó como actor y director y productor y actor en Los hechos de la vida (1979).
Se puede ver a la hija mayor de Astin, Alexandra, en El retorno del Rey, interpretando a su hija en la ficción, Elanor Gamyi, que se dirige hacia él cuando regresa de decir adiós a Frodo, Bilbo y Gandalf en los Puertos Grises.
↑«Erwin Brothers Wrap Filming On Family Comedy 'MOMS' NIGHT OUT'». Sony Pictures. PR Newswire. 24 de junio de 2013. Archivado desde el original el 1 de febrero de 2014. Consultado el 31 de enero de 2014. «... a wife and her husband, played by Grey's Anatomy's Sarah Drew as Allyson and Sean Astin as Sean».