В начале июля 2010 женился на актрисе Пенелопе Крус. Свадьба состоялась на Багамских островах. 25 января 2011 года Крус родила сына Лео. В этот же день Бардем получил номинацию на «Оскар» в категории «Лучший актёр» за роль в фильме «Бьютифул».

В феврале 2013 года пара объявила о том, что ждет второго ребенка.

22 июля 2013 года у Пенелопы и Хавьера родилась дочь Луна Энчинас в международной клинике Рубер в Мадриде.