С 1 августа 2004 года Киллиан Мерфи женат на художнице Ивонн МакГиннесс, с которой до этого прожил 10 лет в гражданском браке.
Пара воспитывает двух сыновей – Малачи (родился 4 декабря 2005 года) и Кэррик (родился в июле 2007 года).