14 Şubat 2009'da NBA'de oynayan basketbolcu Marko Jaric ile evlendi. 15 Kasım 2009'da ilk kızı Valentina Lima Jaric dünyaya geldi. İkinci kızı Sienna Lima Jaric, 12 Eylül 2012'de doğdu. Çift 2014 yılında boşandı.

Bu evlilik bitmiş olsa da Victoria's Secret modeli, izlemeye gittiği NBA maçlarının önüne geçmeyi başardı.

Brezilyalı model, 2002 yılında ünlü şarkıcı Lenny Kravitz'le nişanlandı. Ancak 2001-2003 yılları arasında süren bu ilişki evliliğe dönüşmeden bitti. Lima, ünlü şarkıcının ‘Yesterday is Gone’ klibinde rol almıştı. Boşandıktan sonra adı Justin Bieber’la anılan Lima, bu birlikteliği hiçbir zaman doğrulamadı. Boks antrenörü Joe Thomas ile yedi aylık birliktelik yaşayan Lima, Temmuz 2016’da ayrıldı. Ünlü model, kendisinden beş yaş küçük olan New England Patriots takımında oynayan Amerikan futbolcusu Julian Edelman’la birliktelik yaşamaya başladı. Çift, birlikteliklerini 8 ay sonra noktaladı. Lima, Edelman ayrılığından hemen sonra beyzbol takımı New York Mets'in atıcısı Matt Harvey ile romantik akşam yemeğinde öpüşürken görüntülendi. Ancak süper model, Harvey ile ilişki yaşadığını doğrulamadı.

2017'de Los Angeles Havalimanı’nda Metin Hara’nın Yol- Aşkın İstilası (The Path: Invasion of Love- Overcoming The Illusion) isimli kitabını taşıması dikkat çekti. Kimse ikili arasında bir aşk doğacağına ihtimal vermemişti.