Connelly și Bettany s-au cunoscut în timpul filmărilor Pure Soul (2001) și s-au căsătorit în 2003 în Scoția. În același an, s-a născut fiul lor Stellan, pe care cuplul i-a pus numele actorului suedez Stellan Skarsgard. Nativul din Munții Catskill, în vârstă de 40 de ani, are și un fiu Kai, în vârstă de 13 ani, dintr-o relație anterioară cu fotograful David Dugan.
"Creșterea copilului a schimbat modul în care fac orice. Cel mai important lucru pentru mine este să-mi păstrez copiii în siguranță și fericiți", a spus Connelly în decembrie, anunțând că așteaptă un alt copil.