Джастин Уилсон — первая супруга Илона Маска. С ней он познакомился во время учебы в университете. Пара долгое время встречалась, а затем Илон Маск сделал возлюбленной предложение — в 2000 году они поженились, а спустя два года у них родился сын. К сожалению, малыш погиб, не дожив до года. В 2004 году в семье Илона Маска и Джастин Уилсон родилась двойня, а спустя два года — тройня. Однако отношения супругов стали ухудшаться: жена, мечтавшая стать писательницей, была вынуждена заниматься хозяйством и домом, тогда как дела ее мужа шли в гору. В 2008 году пара развелась.
Спустя некоторое время после расставания с Джастин Уилсон, еще даже до официального развода с ней, Илон Маск познакомился с 22-летней актрисой из Великобритании Талулой Райли. Отношения пара оформила через несколько месяцев после того, как предыдущий брак предпринимателя был расторгнут. Однако уже в 2012 году супруги расстались, и причиной вновь стала загруженность Илона Маска на работе. Его жена так и не смогла смириться с тем, что дела для предпринимателя будут на первом месте.
В 2013 году пара попробовала начать все сначала, однако попытка не увенчалась успехом, и в 2016 году супруги официально развелись.
В 2016 году Илон Маск познакомился с Эмбер Херд, актрисой, которая на тот момент находилась в сложном бракоразводном процессе с голливудской звездой Джонни Деппом. Впрочем, отношения, несмотря на сильное взаимное притяжение, долго не просуществовали — пара рассталась, причем, как признавался Илон Маск, Эмбер Херд была инициатором разрыва. Предприниматель тяжело переживал расставание с ней. Окончательно отношения завершились в 2018 году.
Клэр Буше, выступающая под псевдонимом Граймс, стала очередной избранницей Илона Маска. В качестве пары они впервые появились вместе в 2018 году. Известно, что их знакомство состоялось в одной из социальных сетей. В 2020 году у пары родился сын, однако спустя полгода после его появления на свет Илон Маск и Граймс объявили о расставании.