温兆伦有三段婚姻，第一任妻子是马来西亚富家女李美玲，1989年结婚，1993年离婚，两人没有孩子。第二任妻子是他的助理潘燕妮，2002年在澳洲低调成婚，共同承担过投资亏损的债务，婚姻维持数年之后和平分开，同样没有子女。2013年，49岁的温兆伦迎娶小自己20岁的内地演员赵庭，2015年女儿温卓妍（小名温柔妹）出生，妻子息影专心育儿，全家定居北京，如今女儿已经11岁，温兆伦变身宠女狂魔。