19 июня 1995 года Тиль Швайгер женился на бывшей модели, американке Дэне Карлсен.

Семья жила в США до 2004 года, потом они переехали в Гамбург и поселились на вилле, выполненной в английском стиле. С 2005 года живут раздельно. У супругов четверо детей:

Валентин Флориан (род. 1995 год)

Луна Мари (род. 11 января 1997 год)

Лилли Камиль (род. 1998 год)

Эмма Тигер (род. 26 октября 2002 год)

Они уже снимались в фильмах отца: например, в «Красавчике» можно увидеть всех четырёх. Тиль Швайгер развёлся в 2009 году, но, по его утверждению, это никак не отразилось на его детях.

После развода Тиль встречался с моделью Svenja Holtmann с 2010 по 2013 год.