Nel maggio del 1866 Robert Koch annunciò inaspettatamente il suo fidanzamento con Emmy Fraatz. I due si sposarono l'anno successivo. Dal loro matrimonio nacque una figlia, Gertrud, con la quale Koch mantenne un ottimo rapporto durante tutta la sua vita. Nel 1890 Emmy Fraatz e Robert Koch divorziarono, cosa insolita per quei tempi, dal momento che nell'impero tedesco il divorzio era previsto solo dal 1875; difatti esso conduceva facilmente all'isolamento sociale.