В 2010-2011 годах Луи Томлинсон встречался с Ханной Уолкер, с которой даже планировал поженится, но неожиданно для всех близких пара рассталась.

С сентября 2011 по март 2015 года Луи встречался с Элеонорой Колдер.

В мае 2015 года Томлинсон начал встречаться со стилистом Брианой Джунгвирт.

В июне 2015 года появились слухи о том, что пара ждет ребенка, которые в августе подтвердил сам певец.