На вечеринке по случаю своего дня рождения Клэр Дэйнс познакомилась с австралийским певцом Беном Ли. Их отношения продлились почти 6 лет и закончились в 2003 году.

В течение двух лет Клэр встречалась с актером Леонардо ДиКаприо. Они познакомились на съемках «Ромео + Джульетта».

Среди бойфрендов Дэйнс были младший брат актера Стивена Дорффа Эндрю, актеры Мэтт Дэймон, Хью Дэнки и Билли Крудап.

Сейчас она замужем за актером Хью Дэнси.

17 декабря 2012 года у Клэр и Хью родился сын Сайрус Майкл Кристофер Дэнси.