Cheyne sposò il 29 gennaio 1887 la prima moglie, figlia di Reverend William Servanté, Mary Emma Servanté, da cui ebbe tre figli: Joseph Lister Cheyne, William Hunter Watson Cheyne e Mary Frances Cheyne. Il 12 dicembre 1894 si unì in nozze con la seconda moglie Margaret Smith, che gli diede altri tre discendenti: Grace Ella Margaret Watson Cheyne, George Basil Watson Cheyne, Julia Millicent Watson Cheyne.