Den 11. oktober 1924 giftet Monroes mor seg med halvt norske Martin Edward Mortensen (født i 1897 i California i USA). Fire måneder senere hadde de flyttet fra hverandre, men skilsmissen ble ikke fullført før 15. august 1928. Etter separasjonen hadde Gladys et forhold til sin kollega fra Consolidated Film Industries, Charles Stanley Gifford. Hun førte imidlertid opp Mortensen som far på Monroes fødselsattest. Etter Mortensens død ble det funnet vielses- og skilsmissepapirer for han og Gladys, samt fødselsattesten til Monroe, blant hans eiendeler. Det er likevel mange som tviler på at Mortensen faktisk var faren hennes. I flere biografier om Monroe spekuleres det om hennes mor brukte navnet hans for å forhindre at datteren ble et barn født utenfor ekteskap. Selv nektet Monroe for at Mortensen var hennes far. Gladys skal ha insistert på at Gifford var den eneste som kunne være faren. Ifølge Monroes første ektemann, James Dougherty, var Monroe lenge usikker på hvem som var hennes far, men hun fant etter hvert ut at det var Gifford. Han hevdet også at hun i løpet av deres ekteskap ringte Gifford, men at han avviste henne. Ifølge Monroes halvsøster, Berniece Baker Miracle, møtte Monroe faren for første gang da han besøkte henne på sykehuset i 1961, men hun ønsket ikke at hans identitet skulle avsløres.