Cô bắt đầu hẹn hò với nam diễn viên Ryoo Seung-bum sau khi cùng hợp tác trong phim Wonderful days. Trước đó cả hai đã từng học chung lớp tại trường tiểu học 1 năm trước khi cô chuyển trường. Trong một dịp lễ kỉ niệm Hàn Quốc, họ chính thức công khai mối quan hệ. Năm 2002, cặp đôi này cùng nhau tham gia phim hài Conduct Zero. Họ chia tay năm 2003 nhưng vẫn duy trì tình bạn. Năm 2006, cô mời Seung-bum diễn vai bạn trai cũ trong bộ phim điện ảnh Family Ties với vai khách mời. Cặp đôi cùng tham gia phim Dachimawa Lee năm 2008 mặc dù cả hai không đóng chung cảnh nào. Năm 2010, Seung-bum một lần nữa làm khác mời trong phim truyền hình Pasta. Mặc dù được bình chọn làm cặp đôi được yêu thích nhất Hàn Quốc, năm 2012 cả hai tuyên bố chấm dứt mối quan hệ này.[7][8][9][10][11]

Tháng 5 năm 2014, tờ Sports Seoul đưa tin cô và nam diễn viên Lee Jin-wook hẹn hò nhưng công ty quảng lý của Kong Hyo-jin xác nhận hai người đã chia tay vào tháng 9 cùng năm.[12][13][14][15][16]