Day har vært gift fire ganger, hvorav tre ekteskap varte kortere enn fem år. Hennes lengste ekteskap var med produsenten Marty Melcher som etter sin død i 1968 og 17 års ekteskap, viste seg å ha sløst bort hele hennes formue og satt henne i stor gjeld. Dette tvang henne inn i TV-bransjen og hun hadde sitt eget program, (1968-1973) for å kunne betale sin gjeld. Doris Day fikk sin eneste sønn med sin første mann. Han fikk ta etternavnet til Melcher som hun giftet seg med senere. Terry Melcher døde av kreft i 2004, 62 år gammel.