James Dougherty.- Fue su primer marido, se casó a los 16 años, en 1942. Era un obrero aspirante a policía, además de ex capitán de futbol y delegado de clase. Lo conoció porque era amigo vecino de Grace Goddard, amiga de su madre y con quien vivió un tiempo. Al parecer, él le fue infiel, al igual que ella cuando él fue reclutado para la II Guerra Mundial. Se divorciaron en septiembre de 1946.

Joe DiMaggio.- El jugador de béisbol, ídolo de los Yankees, se convirtió en su segundo esposo en 1954; duraron nueve meses casados. Durante su matrimonio vivió varios ataques de celos, ya que era deseada por más hombres.

Robert Slatzer.- El escritor asegura haber sido su esposo durante una semana en 1954, sin embargo, no hay pruebas de ello. Durante los 20 años que siguieron a la muerte de la actriz, le envió un ramo de flores tres veces por semana.

Arthur Miller.- El intelectual judío tenía 10 años más que ella, sin embargo no fue razón para que se enamorara de ella. Se casaron en 1956, por lo cual ella se convirtió al judaísmo. Estuvieron juntos hasta 1961, cuando él la abandonó para marcharse con la fotógrafa Inge Morath, a la que conoció en el rodaje de 'Vidas rebeldes', filme inspirado en Monroe.

Yves Montand.- Se rumora que tuvo un romance con él en 1960 cuando rodaban la película “El multimillonario” y cuando aún estaba casada con Arthur Miller.

Elia Kazan.- Se conoció su romance por unas cartas que escribió a su psiquiatra el doctor Ralph Greensom, en 1961.

Marlon Brando.- La conoció antes de que fueran famosos y mantuvieron una relación durante años, aunque fue más amigo que amante.

Tony Curtis.- Su relación comenzó en 1950, ambos estaban casados, y duró ocho años, durante los cuales incluso hubo un aborto involuntario, cuando se reunió con su marido para contárselo.

Dos hermanos, dos amantes.- Se rumora que tuvo aventuras con los hemanos John y Robert Kennedy, documentada en los archivos del FBI y la CIA. Existe un informe de 1965 que habla de fiestas sexuales.

Frank Sinatra.- Se especula que también fue su amante por varios años.