В 1997 году мать Шарлиз Герда снова вышла замуж, и дочь, которая всегда была очень близка с матерью, болезненно пережила её новый брак. Но вскоре Герда рассталась с новым мужем и переехала в Лос-Анджелес, поближе к дочери. C 1997 года по 2001 год Терон встречалась с солистом группы Third Eye Blind Стивеном Дженкинсом. Дженкинс говорил, что Шарлиз обычно была в хорошем настроении и довольно мила, но иногда закатывала ему жуткие скандалы и тогда напоминала «львицу».

Терон стала натурализованным гражданином Соединённых Штатов в мае 2007 года. «Вы теперь просто так от меня не отделаетесь» — сказала актриса во время вечернего телешоу на канале CBS. «Я всегда хотела стать гражданином, но они (иммиграционные власти) не хотели принимать меня. Это процесс, во время которого надо потрудиться, кое-что выучить. Затем, наконец, они пригласили меня на интервью, где спрашивали о том, как работает правительство Соединённых Штатов и кто являются сенаторами от нашего штата». Актриса сказала, что всё шло очень хорошо, пока её не попросили написать простое предложение «Это солнечный день» (It’s a sunny day). «Это был один из тех странных моментов, когда ты сомневаешься в себе, и думаешь — одно или два „н“ в слове „солнечный (sunny)“?».

В 2002 году Шарлиз Терон познакомилась на съёмках фильма «24 часа» со Стюартом Таунсендом, с которым стала встречаться. Позже они вместе снимались в фильме 2004 года «Голова в облаках», а также в фильме «Эон Флакс». Они считались одной из самых прочных пар в Голливуде, однако в итоге решили расстаться. Сообщалось, что это произошло после рождественских каникул в Мексике, когда Шарлиз перестала носить кольцо, подаренное ей Стюартом в знак их союза. По словам одного из друзей актрисы, «они стали скорее как брат и сестра, и именно Шарлиз решила закончить отношения». В то время как карьера Терон на взлёте — она получает по 10 миллионов долларов за фильм, карьера Стюарта не была столь успешной. В интервью Таунсенд признавался, что считал Терон своей женой, хотя они никогда не регистрировали отношения официально. Пара распалась в январе 2010 года. Так как у пары были общие финансы, то потребовалось некоторое время, чтобы разделить их. Шарлиз продолжает жить в их общем доме в Лос-Анджелесе.

Во время съёмок «Эон Флакс» в Берлине в результате падения Терон получила грыжу шейного позвоночного диска. Из-за травмы Шарлиз пришлось носить шейный медицинский воротник в течение месяца.

В июле 2009 года у Терон была обнаружена вирусная инфекция, которой, предположительно, она заразилась во время путешествий за пределами Соединённых Штатов. Она была госпитализирована в больницу Седарс-Синай и закончила курс лечения дома.

В начале 2014 года появились слухи о романе американского актера и кинорежиссера Шона Пенна и Шарлиз Терон. Пара начала часто появляться вместе на публике, не прячась от назойливых фотографов.

В конце 2014 года появились очередные слухи на сей раз о помолвке актеров, которые оказались правдой. Эту новость подтвердил источник, близкий к паре.

В начале мая 2015 года стало известно, что Шон и Шарлиз назначили дату свадьбу на 7 августа 2015 года.

В июне 2015 года появилась информация о том, что пара рассталась.

В июле 2015 года Шарлиз удочерила девочку из Южной Африки, которую назвала необычным именем Август.