Glumica, koja je 90-ih godina bila seks-simbol, prošle je godine postala baka, nakon što je njezina kći Rumer Willis, koju ima iz braka s glumcem Bruceom Willisom, rodila djevojčicu Louettu Isley Thomas. Osim Rumer bivši supružnici zajedno imaju i blizanke Tallulu i Scout, a nakon rastave ostali su u dobrom odnosu te se Demi danas odlično slaže s Bruceovom novom suprugom Emmom Heming.
Prvi suprug bio joj je glazbenik Freddy Moore, s kojim je u braku bila od 1980. do 1985. godine, a nakon razvoda zadržala je njegovo prezime. Zatim se 1987. godine udala za Brucea Willisa, s kojim je dobila tri kćeri, a razveli su se 2000. Pet godina kasnije pred oltar ju je odveo 15 godina mlađi Ashton Kutcher, a brak s njim potrajao je do 2013. i nakon toga zapravo nije imala ozbiljne veze.