תחותמס היה בנו של אמנחותפ הראשון ושל
פילגש בשם "סנסנב". כדי לרכוש לו זכויות לכס המלכות נשא לאישה את "עא-חמס", בתו החוקית של אביו אמנחותפ והיא הייתה אשתו הראשית. ישנם חוקרים הטוענים שהיא הייתה אחותו של אמנחותפ הראשון ולא ביתו. בנו הבכור של תחותמס הראשון מאשתו עא-חמס היה "אמנמס". הוא נולד עוד לפני שתחותמס הומלך למלך. אמנמס מופיע על גבי אסטלה יחד עם אביו משנת שלטונו הרביעית בסצנת ציד בממפיס. אמנמס הפך להיות מפקד הצבא הגדול של אביו זמן לא רב לפני מותו שהתרחש סמוך למותו של אביו. לתחותמס נולדו ילדים נוספים מאשתו הראשית בן שמת לפני מות אביו ושתי בנות אחת מהן הייתה חתשפסות. לתחותמס היה בן נוסף מאשה אחרת אשר הפך ליורשו והפך למלך תחותמס השני ונשא את אחותו חתשפסות לאישה.