陆川前妻：张姓女子.
陆川前女友:汤灿、秦岚;
陆川现任妻子：胡蝶.
据悉，陆川和第一任妻子(张姓女子)在部队相识相恋，妻子出身于部队高干家庭，两人在2004年的电影《可可西里》拍摄完成后离婚。
汤灿和陆川早在2006年间，汤灿和陆川的恋情就公开在朋友面前。当年，汤灿参加湖南卫视歌唱节目《名声大震》，陆川前往探班，坐在台下的陆川深情望着汤灿。【吃瓜网】汤灿表演完，下台整个身子坐到陆川腿上，当场工作人员都看到此情。这也证实了两人正处于热恋当中。
两年后，曝光了两人分手的照片。记者求证，汤灿回答称“他是很有才华的导演，其他的我不是很了解.”这间接表明了两人已分手。
2009年9月，在拍摄电影《南京!南京!》时，秦岚与陆川相恋。据悉，为了拍摄此片，秦岚宁可赔偿另一同档期剧组，亦以零片酬出演该片，为该电影付出巨大，而两人在合作中也日久生情。
2013年，陆川向秦岚求婚，但秦岚以“没有准备好”拒绝了他，该年7月两人分手。
2014年初，在《脱轨时代》看片会上，记者问秦岚没来现场，陆川称：我只能说我们失去联系了。证实了分手的事实。
期间，陆川执导的纪录片《我们诞生在中国》在北京西城区中国电影资料馆举行首映式。当时，邀请了胡蝶参加首映礼，看完了整部电影，胡蝶对影片印象不错。因陆川家就在此附近，胡蝶答应到他家坐坐。到了他家，胡蝶看到满是书。陆川说，“我不喜欢应酬,也不爱打高尔夫,除了拍电影,就是在家里读书”。胡蝶对陆川多多少少有些了解。陆川遂向胡蝶坦明地说出，“我离过婚，这几年断断续续交往过几个女朋友.”，而胡蝶回答，“一个40多岁的男人,要是没有任何感情经历,那也太可怕了.”言外之意，不介意陆川的过去感情。
2014年5月至10月，胡蝶和陆川开始了正式约会，期间更被记者拍到一同采购食物及逛街。
2015年3月，陆川和胡蝶登记结婚。同年6月15日，两人在夏威夷毛伊岛低调地举行了婚礼，婚礼仅邀请了双方亲友和友人。该年10月22日，胡蝶生下儿子。