倪妮的感情经历备受大众关注。她的第一段公开恋情是与冯绍峰。2012年，两人在活动中相识，因共同的兴趣爱好迅速相恋，还大方公开恋情，开启“撒狗粮”模式，一起拍戏、逛街、旅游，冯绍峰甚至深情表白，若分手就把名字倒过来写 。情到深处，倪妮还被冯绍峰带回家见家长，起初她哄得冯母很开心，可冯母认为她太会说话，不太适合冯绍峰。后来冯母提出，倪妮嫁入冯家就得放弃演艺事业，做全职太太。当时处于事业上升期的倪妮不愿放弃梦想，最终两人和平分手，结束了三年恋情 。
与冯绍峰分手后，倪妮在2016年与井柏然恋情曝光。两人因戏结缘，井柏然曾公开表示喜欢倪妮这种类型。恋爱期间，他们十分甜蜜，穿情侣装、用情侣手机壳。这段被外界看好的恋情，却在2018年宣告结束。关于分手原因，井柏然称是性格不合，倪妮则透露是因井柏然大男子主义，想找顾家的女人，而她事业心重不愿妥协 。如今，恢复单身的倪妮专注演艺事业，期待她在感情与事业上都能收获美好。
