A legendás színész 1997-ben házasodott össze Grace Hightowerrel, akit egyebek mellett Az újságosfiú és a Precious - A boldogság ára című filmekből ismerhet a közönség. A házaspárnak két gyermeke született, fiuk 20 éves, kislányuk pedig hat.
Már korábban is szakítottak egyszer, De Niro 1999-ben el is indította a válást. Öt évvel később azonban megújították egymásnak tett házassági fogadalmukat.
De Niro első felesége Diahnne Abbott volt. Az 1976-ban megkötött és 12 évig tartó frigyből egy közös gyermekük született, és De Niro adoptálta Abbot kislányát is. A színésznek még két gyermeke van: korábbi barátnőjétől, Toukie Smith divatmodelltől ikerfiai születtek.
A 63 éves Hightowernek az első férje a 75 éves De Niro.