Nakon njihovog razvoda Moore se udala za Brucea Willisa 1987. godine, s kojim ima troje djece. Razveli su se 2000. godine.
Moore se počela družiti s Ashtonom Kutcherom 2003. godine. Iako je bila 15 godina starija od njega, par se vjenčao 2005. godine i bili su u braku do 2013. godine.
U memoarima je Moore otkrila i šokantne detalje iz njihove spavaće sobe, poput onog kako je par često imao seks utroje.
“Njega sam stavila ispred svega. Kada je predložio da u krevet pozovemo treću osobu, pristala sam na to kako bih mu pokazala da to može biti zabavno. Zapravo sam se svaki put nakon toga osjećala posramljeno”, kaže Demi i dodaje da su ona i Kutcher seks utroje redovno prakticirali.
Moore je priznala da je nakon razvoda s mlađim mužem pala u depresiju, odala se alkoholu i udebljala. Prema pisanju Timesa, razvod braka uslijedio je nakon što je Moore saznala da ju je Kutcher varao.