Từ cuối thập niên 1970, Ségolène Royal là người bạn đời không hôn thú của François Hollande, cựu lãnh đạo Đảng Xã hội Pháp, người bà gặp tại ENA. Hai người có bốn con: sinh viên luật Thomas (sinh năm 1984), Clémence (sinh năm 1985), Julien (sinh năm 1987) và Flora (sinh năm 1993). Họ không kết hôn và cũng không ràng buộc trách nhiệm bởi một PACS (pacte civil de solidarité, quy định sự cùng chung sống giữa hai người trưởng thành, không cần biết tới giới tính), trái ngược với những lời đồn đại.[47] Một cơ quan thông tin đã tiết lộ sự chia rẽ của họ vào tháng 6 năm 2007, sau cuộc bầu cử lập pháp.[48] Theo tờ Guardian, bà đã yêu cầu Hollande "ra khỏi nhà" và theo đuổi tình yêu mới của mình "vốn đã được tường thuật chi tiết trong những cuốn sách và trên những tờ báo"—ám chỉ tới một chủ đề gây nhiều bàn cãi đã được nhiều nhà báo tường thuật về cách làm như thế nào Holland đã có mối quan hệ từ lâu với một nhà báo.[49]

Con trai lớn của Royal, Thomas Hollande, là một cố vấn cho bà trong chiến dịch tranh cử tổng thống, làm việc tại một website được thiết kế để kêu gọi các cử tri trẻ tuổi.[50]

Anh/em trai của bà là Antoine đã đặt tên người anh em của mình là Gérard Royal như tên người điệp viên đã đặt bom đánh đắm con tàu Rainbow Warrior của tổ chức Hoà bình xanh.[51][52] Nhưng những nguồn tin khác cho rằng tuyên bố này là cường điệu và rằng Gérard là thành viên của một đội hậu cần.[53]

Em họ của Royal, Anne-Christine Royal, theo họ cha và từng là một ứng cử viên của Mặt trận Quốc gia cực hữu trong một cuộc bầu cử địa phương tại Bordeaux.[54]