W latach 2000–2003 była związana z Benem Leahy. Od lutego 2003 do marca 2004 spotykała się z Davidem Gallagherem. W maju 2008 romansowała z Shią LaBeoufem. W czerwcu 2010 w tajemnicy przed mediami i w gronie najbliższej rodziny i przyjaciół wyszła za mąż za Briana Austina Greena. Para doczekała się trzech synów: Noaha Shannona Greena (ur. 27 września 2012), Bodhiego Ransoma (ur. 12 lutego 2014) oraz Journeya Rivera (ur. 4 sierpnia 2016). 21 sierpnia 2015 roku Megan wniosła sprawę do sądu o rozwód, a kilka dni później para ogłosiła separację. W kwietniu 2019 media ogłosiły, że Megan wycofała wniosek o rozwód. 16 kwietnia 2020 doszło ponownie do separacji. Megan Fox i Brian Austin Green rozwiedli się 8 lutego 2022. W kwietniu 2020 związała się z raperem Machine Gun Kellym, z którym ma córkę (ur. 2025).
Fox utożsamia się z wyznaniem zielonoświątkowym. W styczniu 2013 w wywiadzie dla magazynu „Esquire” wyznała, że jej wiara chrześcijańska, w której została wychowana, jest cały czas dla niej bardzo ważna. Powiedziała także, że wciąż mówi językami.