Musk dan Wilson bercerai pada 2008 dan berbagi hak asuh atas lima putra mereka.

X AE AX II Musk

Musk mulai berkencan dengan penyanyi Grimes pada Mei 2018. Dia melahirkan putra mereka, X AE A-XII, pada Mei 2020. 

X awalnya bernama X A-12, tetapi "Æ" dan "12" melanggar hukum California karena tidak menjadi bagian dari alfabet Inggris, karenanya Musk dan Grimes mengubah namanya.

Exa Dark Sideræl Musk
Grimes mengungkapkan pada Maret 2022 bahwa dia dan pendiri SpaceX menyambut putri pertamanya, Exa Dark Sideræl Musk, melalui ibu pengganti pada Desember 2021. Dia diberi julukan Y.