С 2003 года по 2005 год у Джейми Дорнана были отношения с актрисой Кирой Найтли.

27 апреля 2013 года Дорнан женился на английской актрисе и авторе-исполнителе Амелии Уорнер, церемония состоялась в загородном доме в Сомерсете. В июне 2013 года пара подтвердила, что они ожидают первенца, в конце ноября 2013 года Уорнер родила девочку.