С 1986 по 1991 годы Люк Бессон был женат на актрисе Анне Парийо. Для нее был снят фильм "Никита", где она была исполнительницей главной роли. В 1987 году у супругов родилась дочь Джульет.
С 1993 по 1997 годы режиссёр состоял в гражданском браке с актрисой Майвенн Ле Беско, которой на момент начала их отношений было 16 лет. Её Люк пригласил в свой фильм "Пятый элемент". Девушка выступила в роли певицы Дивы. Звезды разошлись из-за измены Люка, но в результате их отношений в 1993 году на свет появилась девочка Шена.
С актрисой Милой Йовович Люк Бессон познакомился во время съёмок "Пятого элемента". В 1997 году влюблённые поженились. Но брак просуществовал недолго. Пара оформила развод в 1999 году из-за любовных похождений Люка.
С 2004 года Люк Бессон в браке с Вирджинией Силла. Она не снимается в кино, но является сопродюсером мужа. В 2001 году у супругов родилась дочь Талия, в 2003 году - дочь Сатин, а в 2005 - сын Мао.