Under innspilningen av TV-serien i 1991, ble hun sammen med skuespilleren Stephen Tredre. Etter fire og et halvt år sammen gikk paret fra hverandre. Han døde av knokkelsvulst i 1997, samme uke som hadde kinopremière; Winslet gikk glipp av premièren i Los Angeles for å delta i begravelsen. 22. november 1998 giftet hun seg med filmregissøren Jim Threapleton, som hun møtte under innspillingen av i 1997. De har en datter sammen, født i 2000. Winslet og Threapleton ble skilt 13. desember 2001. Etter skilsmissen innledet Winslet et forhold til regissøren Sam Mendes, og hun giftet seg med ham 24. mai 2003 på øya Anguilla i Karibia. De fikk en sønn i 2003, men ble imidlertid separert våren 2010, og senere skilt i 2011.