В личной жизни ДиКаприо отдаёт предпочтение супермоделям. В 1990-х Ди Каприо встречался с датской моделью Хеленой Кристенсен, с 2000-го по 2005-й год — с бразильской моделью Жизель Бюндхен, с 2006-го по 2009-й год встречался с израильской моделью Бар Рафаэли, в конце 2009 встречался с русской моделью Анной Вялицыной, в 2010 году возобновил отношения с Бар Рафаэли, 26 марта 2010 года Ди Каприо и Рафаэли официально объявили о перерыве в отношениях.

С лета 2010 Лео и Бар опять стали встречаться и уже планировали пожениться, однако в мае 2011 года в газете New York Post появилось сообщение, что Леонардо Ди Каприо и Бар Рафаэли окончательно расстались.

C июня 2011 года встречался с актрисой Блейк Лайвли. В начале октября 2011 года появилось сообщение о том, что Леонардо Ди Каприо и Блейк Лайвли расстались, но обещали сохранить дружеские отношения.

В декабре 2011 года стало известно, что Леонардо Ди Каприо начал встречаться с моделью нижнего белья бренда Victoria's Secret Эрин Хизертон. В начале ноября 2012 года стало известно, что ДиКаприо и Хизертон расстались.

В мае 2013 года Леонардо подтвердил, что встречается с моделью Тони Гаррн. Их отношения продлились практически два года и завершились в декабре 2014 года.

В начале 2015 года ходили слухи о романе Лео с певицей Рианной, однако они так и не подтвердились.

В мае 2015 года стало известно, что новой подружкой голливудской звезды стала модель Келли Рорбах.

ДиКаприо принадлежат дома в Лос-Анджелесе и огромные апартаменты в Нью-Йорке. В 2009 году он купил остров в Белизе, где планирует сделать экологический курорт.

Лео активно поддерживает экологические движения. Он водит гибридный автомобиль, предпочитает летать обычными рейсами, а не на частных самолётах; в его доме установлены солнечные батареи.

В 1998 году Лео вместе с мамой пожертвовал 35 тысяч долларов на строительство «Компьютерного центра Леонардо ДиКаприо}» – части Лос-Анджелесской публичной библиотеки. Во время съёмок «Кровавого бриллианта» Лео поработал с 24 сиротами из «Деревни SOS» в Мозамбике. В 2010 году он пожертвовал 1 миллион долларов в пользу пострадавших от землетрясения на Гаити.

Лео немного говорит по-немецки, в детстве он часто ездил в Германию повидаться с бабушкой. Он с уважением относится к русской культуре и кино, особенно к Эйзенштейну, Тарковскому и Сергею Параджанову.