Paolo Bonolis ha cinque figli, nati da due diverse donne. Con la sua prima moglie, la psicologa statunitense Diane Zoeller, ha avuto due figli: Martina (nata nel 1981) e Stefano (nato nel 1984). Con la sua seconda moglie, l'opinionista italiana Sonia Bruganelli, ha avuto tre figli: Silvia (nata nel 2003), Davide (nato nel 2004) e Adele (nata nel 2007). Martina e Stefano vivono negli Stati Uniti, mentre Silvia, Davide e Adele vivono in Italia. Silvia ha affrontato problemi di salute si cui è stata sottoposta a un delicato intervento cardiaco durante l'infanzia. Davide è un calciatore professionista. Paolo Bonolis ha sempre dichiarato di essere un padre molto presente e attento ai bisogni dei suoi figli, nonostante le diverse sfide familiari e la distanza con alcuni di loro.