В начале 1990-х годов Гвинет Пэлтроу встречалась с Робертом Шоном Леонардом.

С 1994 по 1997 году Пэлтроу встречалась с Брэдом Питтом, а с 1997 по 2000 год с Беном Аффлеком.

В 2002 году Гвинет начала встречаться с музыкантом Крисом Мартином, а 5 декабря 2003 года пара сыграла свадьбу.

14 мая 2004 года Гвинет родила дочь Эппл, а 8 апреля 2006 года - сына Мозеса.

В марте 2014 года стало известно, что Гвинет Пэлтроу и Крис Мартин расстались.

В начале апреля 2015 года подтвердилась информация об отношениях Гвинет с телепродюсером и создателем сериалов "Хор" и "Американская история ужасов" Брэдом Фэлчаком.