Penn był dwukrotnie żonaty: w 1985 ożenił się z [[Madonna (piosenkarka)|Madonną]], którą poznał na planie teledysku. Później (jako już jako małżeństwo) zagrali wspólnie w filmie ''[[Niespodzianka z Szanghaju]]''. Rozwiódł się z nią w 1989. Od 1996 do 2009 żonaty był z aktorką [[Robin Wright]], która wystąpiła w jego filmie ''Obsesja''. Ma z nią dwójkę dzieci: córkę Dylan (ur. 1991) oraz syna Hoppera (ur. 1993). Ich małżeństwo przeżywało liczne kryzysy, głównie za sprawą jego zdrad. Kilkakrotnie do sądu składany był pozew rozwodowy, lecz za każdym razem był w końcu wycofywany. Ostatecznie rozwiedli się 4 sierpnia 2010. Na początku 2011 spotykał się z amerykańską aktorką [[Scarlett Johansson]]. Obecnie jest zaręczony z [[Charlize Theron]].
