През 2003 г. актрисата започва известен романс с певеца Джъстин Тимбърлейк, който продължава 4 години. Тогава тя коментира факта, че е с 9 години по-възрастна от Тимбърлейк, с думите: ''Не е като за първи път в историята на човешките взаимоотношения хората да са привлечени един от друг заради това, което са, а не на каква възраст са."
През 2010 г. тя беше свързана с бившия професионален бейзболист Алекс Родригес, който е почти 3 години по-млад от нея. Двойката се разделя през септември 2011 г.
През май 2014 г. Диас започва да се среща с рокаджията Бенджи Мадън, който е с 6 години и половина по-млад от нея. Двойката стана семейство през през януари 2015 г.
Диас признава, че никога преди не е обмисляла да се омъжи, но срещата с Мадън е променила всичко за нея. Тя каза: "Това беше най-голямото нещо, което съм правила през четиридесетте си години, и ме отвори по различни начини".