С 2007 по 2010 год Полина Гагарина была замужем за актёром Петром Кисловым. В браке с Петром Полина 14 октября 2007 года родила сына Андрея.

В2010 году Полина познакомилась с музыкантом Борисом Ионовым. Весной 2012 года стало известно, что Полина и Борис встречаются, а в сентябре того же года пара объявила о своем намерении сыграть в ближайшее время свадьбу. Но, до свадьбы дело так и не дошло, в конце лета 2013 года стало известно, что пара рассталась.

В ноябре 2013 года Полина Гагарина начала встречаться с фотографом Дмитрием Исхаковым.

В апреле 2014 года Полина и Дмитрий обручились. 9 сентября 2014 года влюбленные поженились.