С 1989 по 2003 года Ванесса была замужем за актёром Кори Фельдманом. Хотя иногда она отрицает это. Так в интервью для июньского выпуска журнала "Maxim" за 2005 год актриса сказала: "Я не была замужем за Кори. Вместе с ним я употребляла наркотики, когда была подростком". Но записи о браках штата Невада указывают на тот факт, что Фельдман и Марсил поженились 6 августа 1989 года. Ванесса тогда зарегистрирована под именем Салли Ванесса Ортиз.

В 1995 году актриса начала встречаться с Натаном Филлионом. Их отношения длились всего лишь год. В 1996 году пара рассталась.

С 1997 по 1999 год Ванесса встречалась с Тайлером Кристофером.

В 2000 году Ванесса начала встречаться с актером Брайаном Остином Грином. 30 марта 2002 года у пары родился сын Кассиус Лиджа Марсил-Грин. В 2003 году Ванесса и Брайан расстались.

В 2006 году у актрисы были отношения с актером и продюсером Джереми Пивеном.

11 июля 2010 года Ванесса вышла замуж за актёра Кармина Джовиназзо. В начале лета 2011 года пара объявила о том, что ждет ребенка. В декабре 2011 года через Twitter Джовиназзо объявил, что у Ванессы случился второй за этот год выкидыш.

В августе 2012 года Марсил подала на развод с Джовиназзо. Их бракоразводный процесс завершился в марте 2013 года.