A versátil artista casou-se três vezes ao longo da vida. Aos 16 anos de idade, ela firmou um matrimônio com James Dougherty para fugir do orfanato onde morava. O primeiro casamento não durou muito. Quatro anos depois, James teria “se apaixonado por uma menina do interior, não uma atriz”.
Ela também casou com o astro de beisebol Joe DiMaggio. A relação dos dois foi intensa e controversa - o atleta exagerava no álcool e era extremamente abusivo com ela. O casamento durou somente um ano.
Seu último marido foi o dramaturgo Arthur Miller, foi com ele que Marilyn ficou mais tempo. Casados até 1961, a artista morreu um ano após o divórcio.