Hargitay giftet seg med skuespilleren Peter Hermann 28. august 2004 i Santa Barbara i California. De hadde møttes da han spilte en gjentagende gjesterolle i , som forsvarsadvokaten Trevor Langan. Den 28. juni 2006 ble sønnen deres, August Miklos Friedrich Hermann, født ved keisersnitt. I april 2011 adopterte Hargitay og ektemannen Amaya Josephine, og var tilstede da hun ble født. I oktober samme året adopterte de Andrew Nicolas Hargitay Hermann, som hadde blitt født i midten av 2011.