Vào tháng 4 năm 2007, Martins bắt đầu hẹn hò với nam ca sĩ Matheus Herriez, anh từng là thành viên ban nhạc Br'oz. Cả hai cử hành lễ kết hôn vào ngày 20 tháng 5 năm 2009 tại một nhà thờ ở thành phố São Paulo.[2] Năm năm sau, vào năm 2014, cô ly hôn với Herriez.[3] Sự việc được giữ bí mật cho đến khi cô chia sẻ vào tháng 10 năm 2015.[4][5] Vào tháng 12 năm 2015, cô bắt đầu hẹn hò với nam người mẫu João Paulo Mantovani. Tháng 2 năm 2017, cặp đôi cho biết đang mong muốn sinh con.[6] Vào ngày 14 tháng 6 năm 2017, sau khi cả hai đã chia tay, Li sinh được một bé gái, đặt tên là Antonella.[7]