Люк Бессон женат четвертым браком. Первый брак с актрисой Анн Парийо продлился с 1986 по 1991 года. В этом браке у Люка в 1987 году родилась дочь Джульет.

С 1992 по 1997 год Бессон был женат на актрисе Майвенн Ле Беско, от которой 3 января 1993 года у него родилась вторая дочь – Шана.

14 декабря 1997 года Люк Бессон женился на актрисе Милле Йовович, с которой познакомился на съемках фильма «Пятый элемент». Их брак продлился всего два года, в 1999 году пара рассталась.

28 августа 2004 года Бессон женился в четвертый раз, его женой стала кинопродюсер Вирджина Силла. В этом браке у Люка родилось трое детей: дочери Талия и Сатин, и сын Мао.