2003年5月24日蔡琳与歌手李承焕结婚。2006年4月1日两人离婚。
2013年3月蔡琳微博公布与中国内地男演员高梓淇的恋情。
2014年6月29日下午5时在三里屯,高梓淇在黄英、尹熙水等一众好友的帮助下,向女友蔡琳求婚成功。高梓淇亲口演唱韩文版《IBELIEVE》,单膝跪地向蔡琳做出深情告白。蔡琳当场感动落泪并答应求婚。据悉,两人计划于秋天举行婚礼,婚礼地点尚在计划当中。
2014年7月23日,蔡琳与高梓淇这对跨国情侣宣布将于10月14日在中国举行婚礼。
2014年10月14日,蔡琳和高梓淇的婚礼在太原举行,高梓淇上门接亲,给长辈敬茶。
2014年10月23日,高梓淇和蔡琳在韩国举办第二场婚礼,并以传统韩式婚礼形式进行。据蔡琳的经纪公司透露本次的仪式只邀请了双方的家人和少数好友参加,因是非公开形式所以不设置照片墙和举办记者会。此外,经纪公司还称为感谢各方对蔡琳的关心,婚礼结束后将公开现场照片。
2017年8月10日,蔡琳所属社SidusHQ方面宣布蔡琳已怀孕6个月;12月12日,蔡琳产下一子,儿子的奶名叫“礼物”。