汤唯有过4段感情经历。

第一段与朱雨辰

1995年，16岁的汤唯在杭州备考中戏时，与同样怀揣演员梦的朱雨辰一见钟情。两人一起熬夜复习、为梦想奋斗，1997年双双高考落榜，1998年朱雨辰考上中戏而汤唯再次失利，这段异地恋最终因距离和性格无疾而终。

第二段与田雨

2004年拍摄首部电影《警花燕子》时，汤唯与男主角田雨因戏生情。但2007年汤唯接拍《色戒》后舆论太大，田雨无法接受网上的风言风语，两人承受着外界的巨大压力，最终走向分手。

第三段与陈雨黎

汤唯曾与音乐制作人陈雨黎相恋，但2012年陈雨黎因车祸突然离世，给汤唯带来沉重打击。之后其与陈雨黎好友胡景日久生情，却因异地恋和事业原因未能修成正果。

第四段与金泰勇

2010年合作《晚秋》时初识，2013年汤唯在韩国拍广告期间两人重逢，从朋友发展为恋人。2014年8月两人结婚，2016年生下长女Summer。2026年4月，46岁的汤唯官宣怀上二胎，称是“大大的意外”。如今跨国婚姻已走过12年，汤唯说“离婚完全不可能发生”。就在今天，官宣二胎出生。