В 2001 году Вин Дизель несколько месяцев встречался с актрисой Мишель Родригес.

В 2002 году у него был роман с чешской моделью и актрисой Павлой Харбковой.

2 апреля 2008 года Вин Дизель стал отцом. Его подруга мексиканская фотомодель Палома Хименес родила ему дочь Ханию Райли.

В 2010 году у пары родился сын Винсент Синклер.

В феврале 2015 года стало известно, что Вин и Палома ожидают появления третьего ребенка.

В марте 2015 года у пары родилась вторая дочь, которую Вин назвал Полин, в честь Пола Уокера.