Mickey Rooney

Ngay sau khi tới Los Angeles, Gardner gặp nam diễn viên hợp đồng của hãng MGM là Mickey Rooney; họ kết hôn ngày 10.1.1942 ở Ballard, California, lúc đó Gardner 19 tuổi. Gardner đã đóng nhiều phim trước năm 1946, nhưng phải tới khi đóng vai chính cùng với nam diễn viên Burt Lancaster trong phim The Killers, thì Gardner mới trở thành ngôi sao điện ảnh và là biểu tượng sex. (Rooney và Gardner ly dị năm 1943, chủ yếu do Rooney không chịu từ bỏ lối sống nhậu nhẹt tiệc tùng với bạn bè). Sau này Rooney nói hào hứng về việc trình diễn trên giường của Gardner, tuy nhiên khi nghe điều đó Gardner đã trả đũa "Vâng, anh yêu, anh ta có thể hưởng thụ tình dục, nhưng có trời biết đấy là em không thể." Đã một lần bà nêu đặc tính cuộc hôn nhân của họ là "Love Finds Andy Hardy".

Artie Shaw

Cuộc hôn nhân thứ hai của Gardner là với nhạc sĩ trưởng ban nhạc jazz Artie Shaw, từ năm 1945 tới 1946.

Frank Sinatra

Cuộc hôn nhân thứ ba và cuối cùng của Gardner là với ca sĩ kiêm diễn viên Frank Sinatra (1951-1957). Sau này bà viết trong tự truyện của mình rằng trong số các người đàn ông mà mình quan hệ, thì anh ta là tình yêu trong cuộc đời của mình. Sinatra bỏ vợ, Nancy, để kết hôn với Ava và rồi cuộc hôn nhân của họ trở thành mục tin quan trọng hàng đầu. Sinatra bị hai nhà báo phụ trách mục ngồi lê đôi mách Hedda Hopper và Louella Parsons, giới quyền thế Hollywood, giáo hội Công giáo, cùng các người hâm mộ đả kích dữ dội vì đã bỏ người vợ tốt để theo một người đàn bà cực kỳ quyến rũ kỳ lạ. Cuộc hôn nhân với Sinatra là mãnh liệt, bão táp và ghen tuông, được cho là đã khiến cho Sinatra tìm cách tự tử ít nhất một lần, cùng nhiều vụ ly thân.[cần dẫn nguồn]

Gardner đã dùng ảnh hưởng lớn lao của mình đưa Sinatra vào vai diễn trong phim From Here to Eternity (1953), do đó Sinatra đã đoạt một giải Oscar cho nam diễn viên phụ xuất sắc nhất.[cần dẫn nguồn] Vai diễn này cùng với giải Oscar nói trên đã lại tiếp sinh khí cho cả hai sự nghiệp ca sĩ và diễn viên của Sinatra. Gardner nói về quan hệ hôn nhân với Sinatra: "Chúng tôi rất tuyệt ở trên giường. Thông thường thì chuyện khó chịu bắt đầu khi trên đường tới bô vệ sinh."[cần dẫn nguồn] (Lời trích dẫn này đã gợi cảm hứng cho bài hát "Frank and Ava" của Suzanne Vega.)[cần dẫn nguồn] Gardner đã mang thai trong cuộc hôn nhân này, nhưng do tính thất thường của cuộc hôn nhân nên bà đã phá thai.[cần dẫn nguồn] Bà luôn mong muốn có con, nhưng sau đó mấy năm đã nói: "Chúng tôi còn không chăm sóc được chính bản thân chúng tôi thì làm sao có thể chăm sóc một đứa con?"[cần dẫn nguồn] Gardner và Sinatra vẫn giữ được tình bạn suốt đời.[cần dẫn nguồn]

Howard Hughes

Gardner bắt đầu hò hẹn với phi công tỷ phú Howard Hughes khoảng giữa thập niên1940, một quan hệ tình ái kéo dài tới thập niên 1950.

Luis Miguel Dominguín

Gardner ly dị Sinatra năm 1957 và sang Tây Ban Nha, nơi mà tình bạn với nhà văn nổi tiếng Ernest Hemingway đã dẫn tới việc bà trở thành người hâm mộ các tay đấu bò tót như Luis Miguel Dominguín, và trở thành người yêu của anh ta.