21 listopada 1987 zawarła związek małżeński z aktorem Bruce’em Willisem, z którym ma trzy córki: Rumer (ur. 16 sierpnia 1988), Scout LaRue (ur. 20 lipca 1991) i Tallulah Belle (ur. 3 lutego 1994). 18 października 2000, po 13 latach małżeństwa, podano do wiadomości publicznej informację o rozwodzie. Po rozłące z Willisem związana była z aktorami: Leonardem DiCaprio (1997) i Bradem Pittem (1998), instruktorem wschodnich sztuk walki Oliverem Whitcombem (1999-2002), wokalistą Red Hot Chili Peppers – Anthonym Kiedisem (2002), przedsiębiorcą Guyem Osearym (2002) oraz aktorami: Owenem Wilsonem (2002), Tobeyem Maguire’em (2002) i Colinem Farrellem (2003). thumb|Moore i Ashton Kutcher (2008) 24 września 2005 poślubiła młodszego o 16 lat aktora Ashtona Kutchera, z którym romansowała od 2003. Na uroczystości obecny był m.in. były mąż Moore, Bruce Willis, oraz ich córki, a ceremonię w zgodzie z zasadami tradycji żydowskiej poprowadził rabin Yehuda Berg. Dwa lata po ślubie Moore przyjęła nazwisko męża, jednak nadal posługiwała się nazwiskiem Moore w sprawach zawodowych. W październiku 2011 asystentka administracyjna Sara Leal w wywiadzie dla magazynu „Us Weekly” ujawniła, że Kutcher zdradził z nią Moore podczas imprezy z okazji szóstej rocznicy ich ślubu.