01年，拍摄电视剧《皆大欢喜》时认识廖碧儿，期间日久生情，及后发展成为恋人，恋情仅维持三年。2005年，与模特儿颜颖思的姐姐Regine拍拖，恋情仅维持两年。2008年，与模特儿邓慧琦拍拖，恋情仅维持一年。2011年，拍摄电视剧《如意》时认识杨幂，10月13日曾有二人因戏生情的报道，但遭二人否认。2012年1月8日，二人得知被偷拍后，不得已承认恋情。往后两年，两人感情稳定、先后合作主演了《HOLD住爱》和《盛夏晚晴天》两部影视作品。2013年11月13日，刘恺威与杨幂在个人微博上宣布已结