Thicke kết hôn 3 lần trong đời: lần đầu tiên với nữ diễn viên Gloria Loring trong Days of Our Lives, kéo dài từ năm 1970 tới khoảng năm 1984; họ có hai người con trai, Brennan và Robin.[4] Ông hẹn hò với nữ diễn viên Kristy Swanson khi bà mới 17 tuổi vào năm 1986, rồi đính hôn với bà hai năm sau đó, khi ông đã 42 tuổi.[12] Ông cưới người vợ thứ hai, Hoa hậu Thế giới 1990 Gina Tolleson vào ngày 13 tháng 8 năm 1994; họ có một người con trai tên là Carter William Thicke trước khi hoàn tất ly hôn ngày 29 tháng 9 năm 1999.[4] Năm 1999, ông gặp gỡ người mẫu Tanya Callau tại Miami.[13] Họ kết hôn từ năm 2005 cho đến khi ông qua đời.[14]