Năm 2009, Lý Thanh Thảo lập gia đình. Ông xã của nữ diễn viên là một quay phim. Cả hai có một cậu con trai chung.
Tháng 5/2011, Lý Thanh Thảo ly hôn vì những bất đồng trong đời sống chung. Nữ diễn viên vẫn giữ mối quan hệ bạn bè với chồng cũ vì muốn dành những điều tốt nhất cho con trai.
Hậu ly hôn, Lý Thanh Thảo tìm kiếm những niềm vui mới, trải nghiệm mới trong cuộc sống của mình, trong đó có chuyện đi bar. Ở đây, nữ diễn viên đã gặp được người chồng thứ hai - doanh nhân người Hà Lan Christiaan Romme.
Lý Thanh Thảo kể, vợ chồng cô gặp nhau lần đầu tại một quán bar, doanh nhân Christiaan là người chủ động tiến đến xin số điện thoại vì thích cách Lý Thanh Thảo cười nói cùng bạn bè nên muốn làm quen.
Doanh nhân Christiaan chinh phục được Lý Thanh Thảo bởi anh rất vui tính, hay cười và tốt bụng. Cả hai có chung sở thích đi du lịch trải nghiệm, khám phá và thưởng thức những món ăn ngon.
Năm 2017, sau 4 năm hẹn hò, có con chung, Lý Thanh Thảo được nửa kia cầu hôn.
Theo lời Lý Thanh Thảo, doanh nhân Christiaan mua nhẫn trong chuyến công tác Singapore. Khi sang Australia, anh phải mang theo nhẫn cầu hôn trong suốt 2 tuần để đợi đến ngày cầu hôn.
Năm 2018, Lý Thanh Thảo tổ chức đám cưới ở Việt Nam và Hà Lan.
Lý Thanh Thảo và ông xã ngoại quốc đến nay vẫn giữ được tình cảm mặn nồng dành cho nhau như những ngày đầu mới yêu. Nữ diễn viên tâm sự, nhờ sự khác biệt văn hóa, ngôn ngữ, vợ chồng cô luôn nhường nhịn, lắng nghe nhau.
Ông xã Lý Thanh Thảo rất yêu thương con riêng của vợ. Nữ diễn viên từng chia sẻ: “Anh rất nhẹ nhàng, kiên nhẫn và tôn trọng cảm xúc riêng của con. Ví dụ, anh để con tự chọn món ăn, chọn học môn năng khiếu mà bé thích nhất... Tuy vậy, anh cũng không quá nuông chiều bé, mỗi khi con trai làm điều gì không đúng, anh nhắc nhở và giải thích cho con hiểu”.
