W 1969 oddał do adopcji syna Andrew, którego odszukał po 25 latach. W latach 1978–1989 był żonaty z aktorką Lisą Harrow, z którą miał syna Timmy’ego „Tima” (ur. 1983). 2 września 1989 zawarł związek małżeński z japońską charakteryzatorką filmową Noriko Watanabe, z którą miał córkę Elenę (ur. 10 stycznia 1991), adoptował córkę Maiko (ur. 1982). Po prawie 30 latach małżeństwa, w 2017 doszło do do rozwodu. Przez trzy lata, od 2018 do 2021 był związany z australijską dziennikarką Laurą Tingle.
Od 1993 prowadził winiarnię Two Paddocks w regionie Otago.
W marcu 2023 Neill ujawnił, że od marca 2022 poddawał się chemioterapii po zdiagnozowaniu u niego angioimmunoblastycznego chłoniaka z limfocytów T w trzecim stadium – rzadkiego rodzaju chłoniaka nieziarniczego (nowotworu krwi). W kwietniu 2026 Neill przekazał, że gdy dotychczasowa chemioterapia przestała przynosić efekty, poddał się terapii komórkowej CAR-T w ramach australijskiego badania klinicznego. Oświadczył, że ostatnie badania obrazowe nie wykazały obecności nowotworu w jego organizmie, i opowiedział się za szerszym dostępem do tej metody leczenia dla pacjentów z nowotworami krwi w Australii i Nowej Zelandii.
Zmarł 13 lipca 2026 w Sydney w Nowej Południowej Walii w Australii w wieku 78 lat.