Alexa Vega a épousé le producteur de films Sean Covel le 10 Octobre 2010 dans une cérémonie qui s'est tenue dans sa ville natale de Lead, en Dakota du Sud. En Juillet 2012, elle à annoncé sur Twitter qu'elle avait divorcé de Sean Covel.

En Août 2013, lors d'une croisière avec des amis, Alexa s'est fiancée à l'acteur et chanteur Carlos Pena, Jr. Le couple s'est marié le 4 Janvier 2014, à Puerto Vallarta, au Mexique, et a changé son nom de famille en PenaVega.