Negli anni Ottanta Monica Bellucci è stata sposata con il fotografo italiano di origine argentina Claudio Carlos Basso e nei primi anni Novanta ha avuto una relazione con l’attore italiano Nicola Farron. Risale invece al 1996, sul set del film «L’appartamento», l’incontro con l’interprete francese Vincent Cassel. La coppia è convolata a nozze nel 1999 a Montecarlo, e nel 2004 Bellucci è diventata mamma per la prima volta (di Deva, oggi anche lei attrice e modella). Nel 2010 è nata Léonie. Il matrimonio con Vincent Cassel è arrivato al capolinea nel 2013. I motivi della rottura non sono mai stati resi noti, ma l’attrice all’epoca aveva dichiarato al settimanale Chi: «Sì, Vincent Cassell e io ci separiamo. Le nostre rispettive vite ci hanno allontanato l’uno dall’altra. Ma l’amore ci sarà per sempre. Anche se le nostre strade si sono separate Vincent e io ci saremo sempre uno per l’altro». Nel 2023 Monica Bellucci si è legata sentimentalmente al regista Tim Burton, che l’ha diretta in «Beetlejuice Beetlejuice». È di qualche giorno fa l’annuncio della fine della storia d’amore.
