Natalie Portman, 2012 yılında Fransız koreograf ve dansçı Benjamin Millepied ile evlendi. Çiftin iki çocuğu oldu: 2011 doğumlu oğulları Aleph ve 2017 doğumlu kızları Amalia.

Yaklaşık 11 yıllık evliliğin ardından 2023'te ayrılan çiftin boşanması 2024 yılında kesinleşti. Portman, çocuklarını medyanın ilgisinden uzak büyütmeyi tercih ettiğini ve onlarla fotoğraf çekimi yapmama konusunda kendisine sınır koyduğunu daha önce açıklamıştı.

Portman, Millepied'den ayrılmasının ardından Fransız müzisyen Tanguy Destable ile birlikteliğe başladı. Mart 2025'te Paris'te birlikte görüntülenmeleriyle ilişkileri daha fazla gündeme geldi.

Portman, Nisan 2026'da Destable ile üçüncü çocuğunu beklediğini açıkladı. Son olarak Portman, 46 yaşında bebeğini dünyaya getirdi. Üçüncü çocuğunu kucağa alan Portman'ın, bebeğinin cinsiyeti ve adı ise henüz açıklanmadı.