Le 12 mars 1969, McCartney a épousé la photographe américaine Linda Eastman, qu'il a décrit comme la femme qui lui a donné "la force et le courage pour travailler de nouveau" après la dissolution des Beatles.

Les McCartney avait quatre enfants ensemble : Heather Louise née le 31 décembre 1962 (du mariage précédent de Linda, que Paul McCartney a adopté en 1969), Mary Anna née le 28 aout 1969, Stella Nina née le 13 septembre 1971 et James Louis né le 12 septembre 1977.

Ils restèrent mariés jusqu'à la mort de Linda le 17 avril 1998.

Le dimanche 9 octobre 2011, Sir Paul épouse, à la mairie de Marylebone, dans le centre de Londres, l'Américaine Nancy Shevell, héritière d'un propriétaire d'une entreprise américaine de transport routier.