Han har vært gift med filmregissøren Sofia Coppola siden 27. august 2011 da paret giftet seg ved villaen til familien hennes i Bernalda i Italia. De har døtrene Romy, født 28. november 2006 og oppkalt etter hennes bror Roman Coppola og Cosima født i New York den 18. mai 2010 sammen. Paret møtte hverandre da de jobbet med soundtracket til Coppolas film The Virgin Suicides. Mars og bandet han spiller i, Phoenix, har senere gjort gjesteopptreden i hennes film Marie Anotinette som er filmet på Mars' hjemsted; Versailles. Her spiller bandet en gruppe musikere som underholder Marie Anoinette.