Актриса была замужем три раза.
Бизнесмен Рикарду Медина, с которым звезда была знакома ещё со школы, стал её первым официальным мужем. Джованна Антонелли и её муж прожили вместе всего четыре года и расстались в 2001 году по обоюдному согласию.
Актриса недолго оставалась одна и после долгих месяцев съёмок всемирно известного сериала «Клон» сблизилась с исполнителем его главной роли — Мурилу Бенисиу. Они не смогли расстаться после длительных съёмок и во время популярного телешоу объявили о своей любви друг к другу, чем несказанно порадовали своих многочисленных поклонников. 24 мая 2005 года у Джованны и Мурилу родился сын, которого родители назвали Пьетро, а вскоре после рождения сына пара объявила о расставании.
В 2007 году Джованна Антонелли, семья для которой всегда играла важную роль, вновь вышла замуж, и её новым избранником стал американский бизнесмен итальянского происхождения Роберто Локашио. После пышной свадьбы в Италии актриса намеревалась переехать с новым мужем в США. Однако осуществить мечту помешал бывший муж Джованны, не давший разрешение на переезд сына. Судебные разбирательства с Мурилу Бенисиу закончились разводом с Роберто Локашио. Этот брак просуществовал всего 4 месяца.
В настоящее время спутником жизни знаменитой актрисы является режиссёр Леонарду Ногейра. Они познакомились в 2009 году на съёмочной площадке, а 8 октября 2010 года они стали родителями двух дочек — Антонии и Софии. Несмотря на рождение детей, их брак до сих пор не зарегистрирован.
В настоящее время актриса счастлива в личной жизни и активно снимается в кино.