陈省身是个很传统的人，一生都在享受中规中矩的中式爱情。
他没有谈过恋爱。1931年考入清华大学研究院时，他只有二十岁。学校里男多女少，那些受过高等教育的女生是受到男生追捧的“香饽饽”，但是清瘦、白净、相貌堂堂的陈省身却成了女生们的倒追对象。然而，此时的他安静而稳重地沉浸在研究的乐趣中，不为所动。他自述：“在清华的时候，追求我的女孩子很不少。只是学问为重，的确没有真正谈过恋爱。”
他和妻子郑士宁的婚姻既是“父母之命”，也是“媒妁之言”。郑士宁是清华大学算学系创系元老郑桐荪的独女，她眼神温和、面容清秀、举止娴静，有“清华园淑女”之称。二人在陈前往郑家求教学问时相识，但并没有一见钟情，陈回忆相遇：“那时只是见过面而已，也许说过话？记不得了。”他对妻子的那句评价，“她是大家闺秀，文静、话不多、很懂事”，说明当初这位穿着素雅学生装的小妹妹在他心中着实留下了不坏的印象。
郑桐荪料定这位青年才俊将来必成大器，便托同事兼好友杨武之做媒。1934年，赴德国汉堡大学深造的陈收到杨的来信：“郑桐荪教授有意要你和他的女儿郑士宁发展关系，不知是否愿意先通通信？”他爽快回信：“通信当然可以。”于是陈郑二人开始通过书信互相了解。鸿雁传书间，两人感情渐深。1939年，才子淑女在昆明正式结为连理。
郑士宁在北京长大，说得一口纯正的京腔，身上有北方女性的朴实、爽直和宽厚。她理解丈夫的理想，常对人说：“数学就是省身的一切，包括工作、兴趣和消遣。”为了让他心无旁骛投入热爱的数学研究，她洗衣做饭、收拾屋子、采买跑腿、养儿育女。从战时昆明，到伯克利海边，再到南开宁园，60多年的岁月，她用默默陪伴、无私奉献诠释对丈夫的大爱，诚如陈省身的再传弟子唐梓洲所言：“她虽不懂高深的数学，却懂先生的理想，懂学者的坚守，更懂家国的情怀。”
在婚姻生活中，陈省身是个有格局的清醒男人。他明白郑士宁为家庭的付出，常常念及她的好：“她管家，我不管，我就做我的数学。”爱妻六十大寿，他赋诗：“三十六年共欢愁，无情光阴逼人来。摩天蹈海岂素志，养儿育女赖汝才。幸有文章慰晚景，愧遗井臼倍劳辛。小山白首人生福，不觉壶中日月长。”郑士宁在宁园病逝，他强忍悲痛，在夫人墓侧为自己预留墓穴，表达“心相印兮人相守，生同衾兮死同穴”的深情。