Según diversos medios estadounidenses de Hollywood, Demi Moore y Nick Jonas mantendrían una posible relación y habrían iniciado un inédito romance, pues se llevan 30 años de diferencia).
La actriz no ha tenido mucha suerte en el amor, pues estuvo casada hasta en tres oportunidades. A los 18 años, se casó con Freddy Moore, cantante de rock británico (12 años mayor que ella). El matrimonio duró solo 4 años (1980-1984).
Tras la ruptura con el rockero, empezó a salir con Emilio Estévez, con quien llegó a prometerse (1986-1987).
En 1987, Moore contrajo matrimonio con el actor Bruce Willis, con quien tiene tres hijas: Rumer Willis, Scout LaRue Willis y Tallulah Belle Willis. Ambos se divorciaron en el 2000.
En el 2005, tras dos años de estar en pareja, la actriz se casó con Ashton Kutcher, de 27 años (15 años menor que ella). Sin embargo, en noviembre del 2011, y en medio de especulaciones de infidelidad por parte del actor, ambos anunciaron su divorcio.