Bên cạnh sự nghiệp kinh doanh, đời sống tình cảm của Elon Musk trải qua nhiều lần đổ vỡ và xáo trộn. Ông từng chia sẻ trên tạp chí Rolling Stone: "Nếu tôi không yêu, nếu không có một người bạn đồng hành lâu dài, tôi không thể hạnh phúc. Tôi không bao giờ muốn cô độc. Đi ngủ một mình giống như một sự chịu đựng vậy".
Cuộc hôn nhân đầu tiên của Musk là với nhà văn Justine Wilson vào năm 2000. Con trai đầu lòng của họ, Nevada Alexander, qua đời khi mới 10 tuần tuổi do hội chứng đột tử ở trẻ sơ sinh (SIDS). Sau đó, nhờ phương pháp thụ tinh trong ống nghiệm, họ có thêm một cặp sinh đôi và một cặp sinh ba trước khi ly hôn năm 2008.
Sau đó, ông gắn bó với diễn viên người Anh Talulah Riley. Cả hai kết hôn năm 2010, ly hôn năm 2012, tái hôn năm 2013 và chấm dứt hoàn toàn vào năm 2016. Dù chia tay, họ vẫn giữ quan hệ bạn bè. Riley cho biết Musk muốn có gia đình, nhưng thời gian làm việc quá nhiều của ông là rào cản chính.
Từ năm 2016 đến 2018, Musk hẹn hò với diễn viên Amber Heard trong lúc cô đang ly hôn với Johnny Depp. Khi chia tay, Musk nói: "Tôi vừa chia tay bạn gái. Tôi thực sự đã yêu sâu sắc và vết thương đó đau đớn vô cùng".
Năm 2018, Musk bắt đầu mối quan hệ với ca sĩ Grimes (Claire Boucher). Họ có ba người con gồm X Æ A-Xii, Exa Dark Sideræl và Techno Mechanicus. Năm 2021, hai người chuyển sang trạng thái "bán ly thân" để tập trung cho công việc nhưng vẫn cùng nuôi dạy con, dù từng xảy ra tranh chấp pháp lý về quyền nuôi con.
Đời tư của Musk có thêm biến động khi ông có con với Shivon Zilis, giám đốc điều hành tại công ty Neuralink. Cuối năm 2021, Zilis sinh đôi hai bé Strider và Azure bằng phương pháp thụ tinh nhân tạo. Đến đầu năm 2024, họ có thêm người con chung thứ ba. Mối quan hệ này diễn ra trong thời gian ông vẫn duy trì liên hệ với Grimes.
Việc có 14 người con với nhiều người phụ nữ khiến Musk nhận nhiều ý kiến trái chiều về trách nhiệm gia đình. Dù vậy, điều này gắn liền với mối lo ngại của ông về tình trạng giảm dân số. Musk từng phát biểu: "Tôi đang cố gắng hết sức để giải quyết cuộc khủng hoảng thiếu hụt dân số. Tỷ lệ sinh giảm thảm khốc là mối đe dọa lớn nhất mà nền văn minh nhân loại phải đối mặt".
Đối với một người làm việc từ 80 đến 100 giờ mỗi tuần, cách Musk xây dựng gia đình và tìm kiếm bạn đồng hành khác biệt đáng kể so với chuẩn mực thông thường.
