Robin Wright ile ayrılığından sonra Penn, Charlize Theron ve Leila George gibi ünlü isimlerle ilişkiler yaşamıştır. Charlize Theron ile olan ilişkisi ciddi görünse de, 2015’te sürpriz bir şekilde sona ermiştir. 2020'de Leila George ile evlenen Penn, bu evlilikten de 2021 yılında boşanmıştır.
Sean Penn’in aşk hayatı, onun tutkulu ve zaman zaman fırtınalı kişiliğini yansıtan bir dizi ilişkiyle şekillenmiştir. Özel hayatındaki bu iniş çıkışlar, sık sık medya tarafından ilgiyle takip edilmiştir.