Актёр состоял когда-то в отношениях с Людмилой Татаровой, однако актриса старается об этом забыть.
Денис Матросов и Людмила Татарова не были женаты, но у них родились сыновья-близнецы, Владимир и Юрий. Сейчас каждому из братьев уже 23 года, но актёр лишён возможности контактировать с ними. «Выбор со стороны женщины был категорически лишить меня общения. Категорически не давать общаться», — рассказал Матросов.
Татарова позже обвинила Дениса в рукоприкладстве, а также не стала записывать его в свидетельствах о рождении сыновей.
«Ради жилплощади такие делались поступки. Вынесла это в прессу и очернила. При этом были люди, которые находились в этой ситуации и говорили ей в лицо: «Люда, зачем ты врешь, зачем ты это говоришь?». Она говорила совершенно другие вещи: «Зато я машину купила», — рассказал Денис "Пятому каналу".
Потом Людмила вышла замуж за брата Никиты Джигурды, а мальчики начали называть его отцом. Как утверждает Матросов, актриса на время даже отдавала детей в интернат. «Она повела себя очень нехорошо по отношению к пацанам. Отдать их в интернат при живом отце, не вписать отца в строчку о рождении, написать прочерк», — высказался Матросов.
У Дениса есть ещё два сына от разных матерей. В браке с Марией Куликовой у них родился 12-летний Иван, а с Ольгой - шестилетний Фёдор. Сейчас актёр будет бороться за общение с младшим сыном, так как недавно они с женой развелись. «На сегодняшний момент я свободный мужчина, влюбиться хочется. Хочется красоты, любви, добра», — отметил Денис.