Đăng Khôi kết hôn với Thủy Anh năm 2013. Sau cưới, vợ anh không làm diễn viên, người mẫu ảnh mà chuyển qua quản lý công việc cho chồng, mở công ty giải trí. Còn Đăng Khôi hiếm khi xuất hiện trên sân khấu, thỉnh thoảng ra vài MV. Vợ chồng anh có hai con trai: Đăng Khang (10 tuổi) và Đăng Anh (bảy tuổi).
Tâm Giao