На съёмочной площадке фильма «Заварушка в Клоунане» в 2004 году Дженсен встретил свою будущую жену Дэннил Харрис. Общение молодых людей продолжилось и после совместной работы, но было на тот момент только дружеским, ведь оба уже находились в отношениях.
По-другому Дженсен и Дэннил взглянули друг на друга во время второго совместного проекта «Десятидюймовый герой» в 2007 году. Они сыграли в этой картине молодых людей, между которыми вдруг вспыхнули чувства. Так же внезапно чувства вспыхнули у самих актёров, и пара начала встречаться.
После трёх лет знакомства, в ноябре 2009 года, Дженсен объявил о помолвке. Актёры поженились 15 мая 2010 года в Далласе, штат Техас. В январе 2013 года стало известно, что у них ожидается прибавление в семье. Дэнн-л взяла фамилию мужа. 30 мая 2013 года у Дженсена и Дэннил родилась дочка, которую назвали Джастис Джей «Джей Джей» Эклс. 10 августа 2016 года Дженсен сообщил, что его жена беременна двойней, и 3 декабря у Дженсена и Дэннил родились близнецы — сын Зеппелин Брэм и дочь Эрроу Родс.