В 1990—1994 годах Моника была замужем за Клаудио Карлосом Бассо.

9 сентября 1999 года Моника вышла замуж за актера Венсана Касселя, с которым познакомилась в 1995 году на съемках фильма «Квартира».

12 сентября 2004 года у пары родилась дочь Дева.

23 мая 2010 года в семье Моники и Венсана появился второй ребенок, еще одна девочка, которую назвали Леони.

В августе 2013 года стало известно, что Моника Беллуччи и Венсан Кассель расстались.