Khánh Ly lập gia đình lần đầu và có hai con với một người có biệt danh là "Hải Dớ". Lần thứ hai và có một người con với Đình Hải, một chàng bánh bao Biệt cách dù, Quân lực Việt Nam Cộng hòa.[19] Lần thứ ba, Khánh Ly lập gia đình với Nguyễn Hoàng Đoan, một nhà báo kiêm nhà văn viết tiểu thuyết phóng sự năm 1975. Bà có tổng cộng bốn người con, hai trai và hai gái.[6]

Có những tin đồn về tình cảm của bà với nhạc sĩ Trịnh Công Sơn, nhưng Trịnh Công Sơn phủ nhận và cho biết thực chất quan hệ giữa 2 người chỉ là 1 tình bạn đẹp[20]