Caroline Trentini se marie au Brésil le 3 mars 2012 au photographe brésilien Fabio Bartelt, avec qui elle est en couple depuis 2010. Le 23 Février 2013, le couple a annoncé sur Twitter qu'ils attendaient un bébé. Elle a donné naissance à un garçon nommé Bento Jacob Trentini Bartelt le 9 Août 2013.