Trong hơn 30 năm, bạn tình của ông là người đồng chí trong đảng Xã hội Ségolène Royal, hai người có với nhau bốn con – Thomas (1984), Clémence (1985), Julien (1987) và Flora (1992). Tháng 6 năm 2007, chỉ một tháng sau khi Royal thất bại trong cuộc bầu cử tổng thống Pháp năm 2007, hai người thông báo họ không còn chung sống.[35]

Vài tháng sau khi thông báo chia tay Ségolène Royal, một trang web của Pháp đăng tải các chi tiết về một mối quan hệ giữa Hollande và nhà báo Pháp Valérie Trierweiler. Sự tiết lộ này đã gây tranh cãi, bởi một số người coi nó là một sự vi phạm với quan điểm chặt chẽ của Pháp về việc bảo vệ đời sống cá nhân của các chính trị gia. Tháng 11 năm 2007, Valérie Trierweiler đã xác nhận và công khai bàn luận về quan hệ của mình với Hollande trong một bài phỏng vấn với tuần báo Pháp Télé 7 Jours.