Bapa Tae-hyun adalah Cha Jae-wan, yang bekerja sebagai pembantu pengarah untuk kesan-kesan khas di KBS, dan ibu beliau adalah Choi Su-min, sekarang bersara, merupakan artis voice-over.[27] Abang beliau adalah penerbit filem, Cha Ji-hyeon.

Pada 1 Jun 2006, Tae-hyun mengahwini cinta pertama beliau Choi Suk-eun.[28] Mereka menjalin hubungan cinta selama 13 tahun; Suk-eun merupakan satu-satunya teman wanita Tae-hyun.[29] Hasil perkahwinan mereka adalah seorang anak lelaki, Cha Soo-chan dan dua anak perempuanm, Cha Tae-eun dan Cha Su-jin.

Pada 2011, Tae-hyun mendedahkan dalam rancangan bual bicara SBS Healing Camp, Aren't You Happy yang beliau menderita panic disorder.[30]