I august 1979 begynte Moore å gå ut med rockemusikeren Freddy Moore. De to giftet seg i februar 1980, og Demi tok etternavnet hans. Forholdet varte bare i seks år, før Moore begynte å gå ut med skuespiller Emilio Estévez og begynte prosessen med skilsmisse i 1985. Hun har også gått ut med skuespiller John Stamos da de to arbeidet sammen på .