W grudniu 2009, na imprezie z okazji promocji książki Diany Jenkins Room 23, poznała o czternaście lat starszego ukraińskiego pięściarza wagi ciężkiej Wołodymyra Kłyczkę. W 2011 ogłosili rozstanie, a Hayden zaczęła się spotykać z futbolistą Scottym McKnightem. Panettiere i Kłyczko jednak ponownie stali się parą i w 2014 urodziła im się córka Kaya Evdokia Kłyczko. W sierpniu 2018 matka Panettiere potwierdziła, że para się rozstała, pozostając w przyjacielskich stosunkach.
Zmagała się z uzależnieniem od alkoholu i narkotyków; w 2020 przeszła odwyk. Ze względu na jej zmagania z depresją poporodową i uzależnieniem opiekę nad dzieckiem sprawował ojciec.
W maju 2026 ujawniła, że była biseksualna.
Filmografia Rok Tytuł Rola Uwagi 2026 Nie zasypiaj Sarah 2025 A Breed Apart Hayden Hearst 2024 Amber Alert Jaq 2023 Krzyk VI Kirby Reed 2016 Custody Ally 2012–2018 Nashville Juliette Barnes serial TV 2012 The Forger Amber Felter 2011 Krzyk 4 Kirby Reed 2009 Carmel Kocham cię, Beth Cooper Beth Cooper Fireflies in the Garden młoda Jane Lawrence 2007 Shanghai Kiss Adelaide 2006 The Architect Christina Waters Herosi Claire Bennet serial TV Dziewczyny z drużyny 3 Britney Allen film DVD The Good Student Ally Palmer 2005 Księżniczka na lodzie Gen Harwood Zebra z klasą Channing Walsh kinowy 2004 Lies My Mother Told Me Haylei Sims film TV