Wood var gift med skuespilleren Robert Wagner i perioden 1957 til 1961, og 1972 til hun døde i 1981. Fra 1969 og frem til deres separasjon i 1971 var hun gift med britisk produsent Richard Gregson, de ble offisielt skilt i april 1972. Sammen fikk de datteren Natasha Gregson Wagner. Den 16 juli 1972 giftet hun seg på ny med Robert Wagner, hennes store kjærlighet. Ekteskapet varte frem til hun døde 29. november 1981. Sammen fikk de datteren Courtney Wagner.