В 1939 году Фрэнк Синатра женился на своей первой любви Нэнси Барбато. У них в браке родилось трое детей, Нэнси Синатра (родилась в 1940 году), Фрэнк Синатра-мл. (родился в 1944 году) и Тина Синатра (родилась в 1948 году).

В 1951 году Синатра женился на актрисе Аве Гарднер, но спустя шесть лет их брак распался.

В 1966 году Фрэнк Синатра женился на актрисе и певице Миа Фэрроу, с которой у него была разница в возрасте 30 лет. Спустя год пара рассталась.

Затем в 1976 году Фрэнк женился на модели Барбаре Маркс, с которой он прожил до конца своих дней.