De Niro má šest dětí ze svých předchozích vztahů a z této informace vycházela i moderátorka Brittnee Blairová, která herce zpovídala pro kanadskou stanici ET Canada. Když toto číslo zmínila, tak ji De Niro zdvořile opravil: „Vlastně (jich mám) sedm. Zrovna se mi narodilo miminko,“ řekl.
Podle amerických médií herec chodí s instruktorkou bojových umění Tiffany Chenovou, která občas pracuje jako herečka. Poznali se v roce 2015 při natáčení filmu Stážista. Dohromady se ale dali zřejmě v roce 2021, uvedl magazín People.
De Niro má dvě děti se svou první manželkou Diahnne Abbottovou, ve vztahu s modelkou Toukie Smithovou se mu v roce 1995 narodila dvojčata a další syn a dcera vzešli z manželství s herečkou Grace Hightowerovou.
Robert De Niro v roce 2018 oznámil, že se po víc než dvaceti letech manželství rozchází s manželkou Grace Hightowerovou (68). Vzali se v roce 1997. O dva roky později se rozešli a herec podal žádost o rozvod a usiloval, aby péče o syna připadla jemu. Rozvod však nikdy neproběhl a s manželkou se dali znovu dohromady.
