Li Yinuo ha estado casado dos veces. Su primer marido fue el actor coreano Song Joong-ki. Los dos se casaron el 6 de julio de 2009 y se divorciaron el 28 de mayo de 2010. Su segundo marido es el actor coreano Lee Min Ho. Los dos comenzaron a salir en junio de 2017, anunciaron su matrimonio el 22 de septiembre de 2018 y dieron a luz a su primer hijo el 15 de septiembre de 2022.