В июле 2001 года Фаррелл женился на актрисе Амелии Уорнер, однако их брак оказался недолговечным и уже в ноябре того же года пара развелась.

12 сентября 2003 года, в медицинском центре Cedars-Sinai Medical Center в Лос-Анджелесе, бывшая девушка Колина, канадская модель Ким Борденейв родила Фарреллу сына, весом 3.43 кг, которого назвали Джеймсом Патрейгом (James Patraig Farrell). Однако пара тоже рассталась. Несмотря на законченные отношения, Фаррелл не собирался отказываться от сына и заявил, что будет пожизненно его обеспечивать. Сам Колин не мог присутствовать при рождении сына по причине съемок в фильме «Александр» в Марокко, но во время этого события вместе с Ким была мама Колина, Рита, и его сестра. Позже, Фаррелл не раз признавался, что Джеймс — настоящий подарок, что именно он изменил всю его жизнь, а отцовство — это лучшая работа, которую он когда-либо имел.

В 2007 году Фаррелл объявил, что Джеймс страдает синдромом Ангельмана.

В декабре 2005 года актер добровольно лег в реабилитационную клинику, чтобы избавиться от пристрастия к обезболивающим лекарствам и рекреационным веществам. Официальная версия гласит, что Фаррелл начал принимать обезболивающие из-за частых болей в спине.

7 октября 2009 года у Фаррелла родился второй сын, которого назвали Генри Фаррелл и крестили в Польше. Матерью ребенка стала Алиция Бахледа. Колин Фаррелл познакомился с ней на съемочной площадке фильма «Ундина» в 2008 году, но хранил свои отношения в тайне, пока в сентябре не объявил, что полька ждёт ребёнка.

15 октября 2010 года появилось сообщение, что Колин бросил ее несколько месяцев назад, а вскоре это сообщение было официально подтверждено.

В марте 2011 года появились слухи, что Колин и барбадоcская красавица Рианна имеют довольно серьезные отношения, такие, что Фаррелл знакомит певицу со своими детьми и семьей. Но пару недель спустя эти слухи были официально опровержены.