Elle a été mariée avec l'acteur John Stamos du 19 septembre 1998 au 11 mars 2005. À l'époque, elle a porté le nom-double de Rebecca Romijn-Stamos à la fois dans sa vie professionnelle et privée. Ils ont annoncé leur séparation le 12 avril 2004.
Rebecca Romijn et Jerry O'Connell se sont mariés le 14 juillet 2007 lors d'une cérémonie intime à Los Angeles.
Rebecca, 34 ans, portait une robe signée Ralph Lauren et des bijoux de Neil Lane. Elle et O'Jerry, 33 ans, ont échangé leurs vœux de mariage devant 100 invités. Les deux chiens du couple, Taco et Better, portaient même des nœuds papillons pour l'occasion et se sont joints aux festivités!
Le couple s'est rencontré en 2004 lors d'une fête à Las Vegas. Jerry a ensuite demandé la main de la jeune femme à New York en septembre 2005.
Le 28 décembre 2008, elle donne naissance des jumelles, Dolly Rebecca Rose et Charlie Tamara Tulip O'Connell.
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