С 5 декабря 2003 года Крис Мартин женат на американской актрисе Гвинет Пэлтроу.
14 мая 2004 года у них родилась дочь Эппл Блайз Элисон, а 8 апреля 2006 года — сын Мозес Брюс Энтони.
В марте 2014 года стало известно, что Гвинет и Крис расстались.