Donlevy se casó en tres ocasiones: con Yvonne Grey entre 1928 y 1936; después con la actriz Marjorie Lane, entre 1936 y 1938; y, finalmente con Lillian Lugosi (viuda de Béla Lugosi, el actor famoso por interpretar a Drácula) desde 1966 hasta el momento de la muerte de Donlevy.