Bjørndalen er oppvokst på Simostranda i Modum kommune i Buskerud. Han bor i Obertilliach i Østerrike og har tidligere bodd deler av året i den italienske landsbyen Toblach (Sør-Tyrol) sammen med sin tidligere kone, italienske Nathalie Santer-Bjørndalen, som også var skiskytter til hun la opp i 2008.