Cei doi au o relaţie de 10 ani şi doi copii împreună, Max, de 7 ani şi Olivia, în vârstă de 6 ani. 

Fostul ciclist a divorţat de prima soţie, Kristin Richard, în 2003. Împreună au trei copii. Armstrong a avut o relaţie cu artista Sheryl Crow, pe care a cerut-o în căsătorie în 2005, dar logodna lor a durat până în februarie 2006. Cuplul a anunţat că se desparte în 2007. 

Zvonuri despre alte relaţii ale lui Lance Armstrong au apărut în presă: o relaţie cu Ashley Olsen, cu jurnalista americană Whitney Casey, dar şi cu actriţa Kate Hudson.

Lance Armstrong, interzis pe viaţă în sport din cauza dopajului, a primit de curând acceptul de a participa la anumite competiţii. În ianuarie 2013, Armstrong recunoştea, într-un interviu acordat prezentatoarei Oprah Winfrey, că s-a dopat în cariera lui.