Baudouin heiratete am 15. Dezember 1960 die spanische Adelige Fabiola Mora y Aragón (geb. 11. Juni 1928 in Madrid; gest. 5. Dez. 2014 in Brüssel), eine ehemalige Krankenschwester und Kinderbuchautorin. Die Ehe blieb kinderlos, da alle Schwangerschaften der Königin mit Totgeburten endeten.
1962 erschien in Belgien eine Serie "Kampf gegen die Tuberkulose" mit Belgischen Königinnen. Eine Marke (MiNr 1297) zeigt Königin Fabiola.