I 1994 giftet Arnett seg med skuespilleren Penelope Ann Miller, men de skilte seg i 1995. I 2000 begynte han å date komikeren og skuespilleren Amy Poehler. Han flyttet til New York i 2001, da Poehler begynte å spille i komiserien . De giftet seg 29. august 2003. De fikk to barn sammen før de skilte seg i september 2012.