Năm 1992, Thewlis kết hôn với đạo diễn Sara Sugarman; Họ ly hôn vào năm 1993. Sau đó ông có mối quan hệ ngắn với con gái của Bill Oddie, Kate Hardie. Năm 2001, ông bắt đầu mối quan hệ với nữ diễn viên Anna Friel, người mà ông gặp trên một chuyến bay tới Cannes. Họ có một đứa con với nhau.[9] Friel và Thewlis kết thúc mối quan hệ của họ vào cuối năm 2010.[10]

Thewlis sở hữu một phòng khiêu vũ của Victoria được cải tạo ở Clerkenwell. Ông thường bị nhầm lẫn với nam diễn viên Rhys Ifans (đối tác tiếp theo của Friel): "Hai lần một tuần, mọi người đến với tôi và nói, 'Bạn đã rất tốt ở Notting Hill'. Công chúng dường như nghĩ rằng chúng ta là cùng một người. "