Vào năm 2009, Đông Nhi chính thức công khai chuyện tình cảm với Ông Cao Thắng. Không lâu sau đó, Ông Cao Thắng cùng góp mặt trong nhiều MV của Đông Nhi như: Ác mộng của những giấc mơ (2010), Sau mỗi giấc mơ (2012), Tìm Về (2013). Trong đó không thể kể đến: Ta Là Của Nhau (2015), I Wanna Be Your Love (2016), Love Me Too (2017) và Yêu Là Cưới (2019).

Bốn năm sau khi tuyên bố hẹn hò, Ông Cao Thắng từ bỏ sự nghiệp cầm mic, thành lập công ty giải trí và trở thành quản lý riêng, làm hậu thuẫn cho bạn gái của mình.[16]

Ngày 9 tháng 7 năm 2019, Đông Nhi đã có một màn cầu hôn cực kỳ lãng mạn với Ông Cao Thắng trên một tòa nhà cao tầng tại New York (Mỹ). Nữ ca sĩ đã đăng ảnh đeo nhẫn kim cương lên trang cá nhân với lời chú thích: "Em đồng ý được cùng anh đi đến cuối cuộc đời. Cũng đã đến ngày em trở thành cô dâu".[17]

Ngày 13 tháng 8 năm 2019, Đông Nhi và Ông Cao Thắng được trông thấy đang chụp ảnh cưới trên đường phố Sydney (Australia). Sau khi chụp ảnh cưới và thăm người thân đang sống tại đây, cặp nghệ sĩ lên đường trở về Việt Nam.

Sáng ngày 8 tháng 11 năm 2019, Đông Nhi và Ông Cao Thắng làm lễ rước dâu.

Chiều ngày 9 tháng 11 năm 2019, Đông Nhi - Ông Cao Thắng chính thức tổ chức hôn lễ.[18]

Sáng ngày 28 tháng 4 năm 2020, Đông Nhi công khai đang mang thai con đầu lòng sau 5 tháng kết hôn.

Tối ngày 26 tháng 10 năm 2020, Đông Nhi hạ sinh con gái đầu lòng tên là Ông Yên Nhi[19].