李渊父亲：李昞，北周安州总管、柱国大将军，袭封唐国公。唐朝追谥元皇帝，庙号世祖。
李渊母亲：独孤氏，追谥元贞皇后，独孤信第四女，鲜卑族。
李渊祖父：李虎，西魏八柱国之一，官至太尉，北周时追封唐国公，谥号襄。唐朝追谥景皇帝，庙号太祖。（备注独孤信也是西魏、北周时期重要将领，八柱国之一。）李渊的爷爷和外公同为北周的柱国大将军，身世显赫。最开始李渊也是唐国公，就是从祖父这里开始的。
李渊曾祖父母：李天锡，北魏幢主，西魏时追赠司空，唐朝追谥光皇帝，庙号懿祖。
李渊高祖父母：李熙，北魏金门镇将，唐朝追谥宣皇帝，庙号献祖。
李渊天祖父：李重耳，字景顺，陇西成纪（今甘肃秦安县）人，北魏大臣。
李渊烈祖父：西凉后主李歆。第三子李重耳。
李渊太祖父：李暠[hào]（351年—417年）西凉太祖，字玄盛，小字长生，陇西成纪人，十六国时期西凉政权建立者，唐朝李氏认定的先祖。
李渊远祖父：李昶[chǎng]，嬴姓李氏，字仲坚。前凉李轨安世亭侯、武卫将军李弇之子。幼有美名，但英年早逝。儿子是李暠
遗腹子。
李渊鼻祖父：李弇[yǎn]，凉州姑臧人，汉朝名将李广的十四世孙。在前凉张轨的手下为武卫将军、安世亭侯，五十六岁去世。孙子李暠追尊他为景王。
公元648年，一支来自今俄罗斯叶尼塞河上游地区的黠戛斯朝贡团，在其酋长失钵屈阿栈率领下，抵达了唐朝首都长安。黠戛斯酋长自称是汉朝李陵的后裔，与唐朝皇帝是同宗，要跟唐朝皇帝“认亲”。史料记载，李陵被匈奴单于封为右校王后，负责管辖当时被匈奴征服的坚昆一带地区，而坚昆正好是黠戛斯的古称。另外，黠戛斯人大多为赤发绿瞳，而自称是李陵后裔的黠戛斯人则为黑发黑瞳，明显具有同汉人混血的特征。因此，黠戛斯酋长自称是李陵的后裔，可信度还是很高的。中国少数民族柯尔克孜族和中亚的吉尔吉斯人，就是黠戛斯人的后代。