Bloom pernah menjalinkan hubungan yang tidak stabil[25] dengan pelakon Kate Bosworth, dari tahun 2003 sebelum putus pada September 2006.[26][27]

Pada penghujung 2007, Bloom mula berpacaran dengan model dari Australia, Miranda Kerr.[28] Mereka mengumumkan pertunangan mereka pada Jun 2010,[29] dan melangsungkan perkahwinan pada bulan seterusnya.[30] Mereka dikurniakan seorang anak lelaki, Flynn Christopher Bloom, yang lahir pada Januari 2011 di Los Angeles.[31][32] Pada 25 Oktober 2013, Bloom dan Kerr mengumumkan mereka telah berpisah beberapa bulan yang lalu dan mahu menamatkan perkahwinan mereka. Kedua-duanya bercerai pada penghujung 2013.[33][34]

Bloom kemudiannya mula berpacaran dengan penyanyi Katy Perry sejurus selepas Anugerah Golden Globe ke-73 pada Januari 2016.[35] Namun, pasangan ini mengesahkan mereka telah berpisah pada Februari 2017.[36]