Bonolis ha due ex mogli e 5 figli. Negli anni Ottanta Paolo Bonolis è stato sposato con la psicologa americana Diane Zoeller, da cui ha avuto anche due figli: Stefano e Martina. Nel 1983 arrivano le nozze e, poco dopo, la nascita dei due figli Stefano e Martina. All’epoca sia Diane che Paolo stavano vivendo un periodo professionale molto intenso e gli impegni reciproci li portano ad allontanarsi. A unirli è però l’amore che provano per i figli che crescono negli Stati Uniti ma che sono molto legati al loro padre.

Il conduttore torna in Italia, dove ottiene un enorme successo grazie Bim Bum Bam, il programma dedicato ai bambini, mentre Diane Zoeller continua gli studi come counselor e terapeuta, conseguendo la laurea presso la Fairfield University nel Connecticut. La storia continua per cinque anni, ma alla fine i due si separano e Bonolis torna definitivamente nel nostro Paese, soffrendo per la separazione dalla sua “famiglia americana”, come la definiva spesso. Dopo cinque anni di matrimonio, tuttavia, nel 1988 Diane tornò negli Stati Uniti e la loro storia d’amore arrivò al capolinea. Come ammesso dallo stesso Bonolis più di trent’anni dopo, all’origine della crisi ci sarebbe stato un tradimento: “Ve la devo dire tutta? Se n’è andata perché l’avevo tradita” confesserà il conduttore a La 27esima Ora. I due sono riusciti comunque a mettere da parte i vecchi dissapori e oggi hanno un rapporto solido: Bonolis, appena possibile, vola infatti negli Stati Uniti per andare a trovare i figli e i suoi tre nipotini.

Dopo la separazione da Diane Zoeller, dal 1990 Paolo Bonolis ha avuto una lunga relazione con l’ex fidanzata Laura Freddi, conosciuta negli studi di Non è la Rai (trasmissione a cui entrambi lavoravano). La coppia occupò per cinque anni le pagine delle riviste di cronaca rosa, ma la chiacchierata storia d’amore giunse al termine dopo cinque anni, in circostanze al tempo ignote. Soltanto dopo molti anni la showgirl ha raccontato di non avere mai trovato un’intesa con il conduttore sulla volontà di formare una famiglia e, soprattutto, di sposarsi. Arrivato da un recente divorzio, infatti, Bonolis non si sarebbe sentito pronto.

Dopo la relazione con Laura Freddi, nel 2002 Paolo Bonolis ha sposato Sonia Bruganelli. Il matrimonio tra il conduttore e la produttrice televisiva è durato più di vent’anni, ma nel 2023 la coppia ha annunciato il divorzio. Stando a quanto svelato da Sonia a Belve, ospite di Francesca Fagnani, Bonolis non avrebbe mai digerito un tradimento. I due hanno avuto tre figli: Silvia, Davide e Adele. La primogenita nacque con un problema cardiaco grave, che la costrinse a essere operata d’urgenza. Durante il complicato intervento, tuttavia, un’ipossia celebrale le costò alcuni danni motori e danni neurologici, fortunatamente non cognitivi