В 2007 году Розамунд Пайк обручилась с режиссером Джо Райтом, но в 2008 году они отменили помолвку.

В декабре 2009 года Пайк начала встречаться с Роби Униаки. 5 мая 2012 года у пары родился сын Соло.

В начале июня 2014 года стало известно, что Розамунд и ее гражданский муж ждут второго ребенка.

2 декабря 2014 года актриса родила второго сына, которого назвали необычным именем - Атом.