Inače, Bloom i Katy Perry vezu su započeli 2016. godine, a prekinuli su godinu dana kasnije, no ponovno se pomirili 2018. jer su shvatili da ne mogu jedno bez drugoga.
Zaruke su pale u veljači 2019. godine, ali su vjenčanje odgodili zbog pandemije koronavirusa, a u kolovozu 2020. godine dobili su kćer.
Orlando ima i 11-godišnjeg sina Flynna kojeg je dobio s bivšom suprugom, manekenkom Mirandom Kerr. Njih dvoje braku su bili od 2010. do 2013. godine, dok je Katy bila udana za britanskog komičara Russella Branda od 2010. do 2012.