Życie prywatne Romansowała z Erikiem Stoltzem (1980) i Charlie Sheenem (1981–1982), zanim w latach 1986–1988 była żoną aktora Dane'a Witherspoona, który grał Joego Perkinsa w operze mydlanej NBC Santa Barbara (1984). Tworzyła parę z Jasonem Patrikiem (1989–1991).
W latach 1990–1996 spotykała się z aktorem i reżyserem Seanem Pennem, za którego wyszła za mąż 27 kwietnia 1996 roku. Mają dwoje dzieci – córkę Dylan Frances (ur. 13 kwietnia 1991) i syna Hoppera Jacka (ur. 6 sierpnia 1993). Razem z mężem zagrała w filmach: dramacie kryminalnym Stan łaski (State of Grace, 1990), thrillerze Cena miłości (Loved, 1997) i komedii romantycznej Jak jej nie kochać (She's so lovely, 1997). Spotykała się Colinem Farrellem (2003). Po jedenastu latach małżeństwa, 21 grudnia 2007 roku, Robin Wright złożyła wniosek o rozwód, jego powodem był romans Penna z piosenkarką country Jewel, której reżyserował teledysk. 9 kwietnia 2008 roku wniosek rozwodowy został wycofany, ale 4 sierpnia 2010 roku para jednak się rozwiodła.