Năm 1990, Delpy di cư sang New York và lại chuyển đến Los Angeles vài năm sau đó. Cô nhập quốc tịch Hoa Kỳ từ năm 2001, đồng thời vẫn giữ quốc tịch Pháp của mình. Hiện cô dành thời gian sống luân phiên ở Paris và Los Angeles. Từ năm 2007 đến năm 2012, cô có quan hệ tình cảm với nhà soạn nhạc người Đức Marc Streitenfeld. Con trai của hai người là Leo Streitenfeld ra đời vào tháng 1 năm 2009. Trong một cuộc phỏng vấn của BBC Radio 4 phát sóng vào ngày 29 tháng 3 năm 2018, Delpy có nhắc đến chồng mình.