Jean-Michel Jarre har vært gift fire ganger. Han var gift med Flore Guillard fra 20. januar 1975 til 1977, datteren Émilie Charlotte ble født i 1975 og ble en motemodell. Han møtte sin andre kone, skuespillerinnen Charlotte Rampling, i St Tropez i 1976. De giftet seg i 1978, og datteren Émilie Charlotte og Rampling sønnen Barnaby vokste opp hos dem. Sammen har de en sønn, David. Jarre og Rampling ble skilt i 2002. Han hadde et kort forhold til Isabelle Adjani, og giftet seg med den franske skuespillerinnen Anne Parillaud i mai 2005. I november 2010 kunngjorde paret sin skilsmisse. I 2019 giftet Jarre seg med den kinesiske skuespilleren Gong Li. Jarre har en halvsøster, produksjonsdesigner og scenografen Stéphanie Jarre, fra faren Maurice Jarres andre ekteskap. Hans stebror, manusforfatter, skuespiller og filmprodusenten Kevin Jarre, døde av hjerteinfarkt i 2011.