Tháng 6 năm 2006, Heigl đã đính hôn với ca sĩ Josh Kelley, người mà cô đã gặp hồi năm ngoái trên bộ video âm nhạc cho "Only You". Họ đã quyết định không cùng sống với nhau trước khi kết hôn, sau đó Heigl giải thích, "Tôi nghĩ rằng tôi chỉ muốn tiết kiệm cho một cuộc hôn nhân thật sự... Tôi muốn có một cái gì đó để làm cho cuộc hôn nhân thực sự khác biệt với hẹn hò hay sự tán tỉnh". Họ đã kết hôn vào ngày 23 tháng 12 năm 2007 tại Park City, Utah.

Tháng 9 năm 2009, cặp đôi này nhận con gái Naleigh từ Hàn Quốc, nơi sinh của em gái nuôi của Heigl Meg. Cô được sinh ra với một khiếm khuyết tim và trải qua phẫu thuật tim mở trước khi rời Hàn Quốc. Vào tháng 4 năm 2012, Kelley và Heigl đã nhận con gái thứ hai, Adalaide, từ Hoa Kỳ. Vào tháng 6 năm 2016, hai vợ chồng tuyên bố rằng họ đang mong đợi con thứ ba của họ. Heigl đã sinh ra một con trai, Joshua Bishop Kelley, Jr. vào ngày 20 tháng 12 năm 2016.

Anh rể của Heigl là ca sĩ Charles Kelley của bộ ba nhạc country Lady Antebellum.