Prvič se je poročil zelo mlad. Star je bil 21 let, njegova takratna žena Rochelle »Rocky« Parker pa je bila več kot dvakrat starejša od njega. Spoznala sta se, ko je imel 18 let, ona pa je v predstavi Brighton Beach Memoirs igrala njegovo teto. Parkerjeva je imela takrat že tri otroke, med njimi igralca Coreyja Parkerja, Dempseyjevega tesnega prijatelja. Čeprav sta dolga leta delovala usklajeno, se je zakon leta 1991 končal z ločitvijo. Po navedbah sodnih dokumentov je 26 let starejša Parkerjeva trdila, da jo je Dempsey fizično zlorabljal ter da ji je med snemanjem filma Can’t Buy Me Love z avtomobilskimi vrati zlomil prst. Kasneje, ko so obtožbe zaradi njegove priljubljenosti v seriji Talenti v belem znova prišle v središče pozornosti, je Parkerjeva spremenila izjavo. Najprej je trdila, da je šlo za osamljen incident, nato pa dejala, da so bile obtožbe neresnične in podane po slabem nasvetu. Umrla je leta 2014 po boju z rakom. Svojo sedanjo ženo, vizažistko Jillian Dempsey, je spoznal istega leta, ko se je ločil od Parkerjeve, poročila pa sta se leta 1999. Kljub temu tudi njun zakon ni bil brez težav. Jillian je leta 2015 domnevno vložila zahtevo za ločitev, vendar do uradnega razhoda nikoli ni prišlo. Par je nekaj časa živel ločeno, preden sta se odločila delati na svojem odnosu. Dempsey je kasneje poudarjal, kako zelo jima je zakonska terapija pomagala obnoviti odnos in ponovno najti skupen jezik. »Terapija je zelo pomembna za pare. Zakaj ne bi izkoristili teh orodij? Naj vam nekdo ponudi drugačno perspektivo. Kar sem se naučil, je, da stvari v terapevtovi ordinaciji slišim drugače, preprosto zato, ker smo nekoliko čustveni,« je dejal. Po pisanju medijev naj bi slavni igralec varal svoje partnerice, njegovo vedenje pa je skozi leta pogosto sprožalo burne odzive tako v javnosti kot med sodelavci.