1877 heiratete er in Berlin Emilie Ferchel, eine Pflegetochter des Politikers Justus von Gruner. Mit ihr hatte er zwei Töchter und zwei Söhne; ein Sohn, Rudolf, wurde später ebenfalls Philosoph. Nachdem Paulsens Ehefrau bereits 1883 verstarb, heiratete er 1892 seine Schwägerin Laura Ferchel, die ihm seit dem Tod ihrer Schwester den Haushalt geführt hatte.