Первая жена — Ирина Меладзе (Малухина). Валерий и Ирина оформили брак в марте 1989 года.
Ради получения московской прописки им пришлось оформить фиктивный развод и в 1998 году они снова поженились. В 2012 году отношения между супругами были фактически прекращены. 21 января 2014 года мировым судьёй мирового судебного участка No 199 столичного района Кунцево был удовлетворён иск Валерия Меладзе о разводе с супругой Ириной.
сын (в 1990 г. родился и через 10 дней умер);
дочь Инга Валерьевна Меладзе (род. 7 февраля 1991);
дочь Софья Валерьевна Меладзе (род. 18 мая 1999);
дочь Арина Валерьевна Меладзе (род. 7 декабря 2002).
По данным журнала «СтарХит», в 2014 году зарегистрировал брак с Альбиной Джанабаевой.
В ноябре 2018 года Джанабаева и Меладзе впервые дали совместное интервью, в котором рассказали о своей семейной жизни. В мае 2019 года Джанабаева сообщила что они с мужем планируют родить третьего ребенка и рассказала, что проводят семейный отдых обычно либо во Франции, либо в Испании.