Dian Sastrowardoyo diketahui menganut agama Islam setelah mengucapkan dua kalimat syahadat pada 2006 silam. Sebelumnya, ia merupakan pemeluk Katolik.
Walaupun menjadi mualaf, ia mengaku mendapatkan dukungan penuh dari orang tuanya. Pasalnya, Dian Sastrowardoyo memang terlahir dari orang tua yang berbeda agama, di mana sang ayah, Ariawan Rusdianto Sastrowardoyo adalah penganut Buddha dan ibundanya, Dewi Parwati Setyorini memeluk agama Katolik.
Membawa nama keluarga Wardoyo, ia ternyata merupakan cucu dari pahlawan pejuang kemerdekaan, Prof. Mr. Sunario Sastrowardoyo. Kakeknya tercatat sebagai tokoh pergerakan nasional dan sempat menjadi pengurus Perhimpunan Indonesia di Belanda.
Di tengah kesibukannya di dunia hiburan, Dian Sastrowardoyo yang terkenal cerdas mampu menyelesaikan studinya di Universitas Indonesia (UI) jurusan Filsafat pada 2007 silam. Tak berhenti di situ, ia kembali menempuh pendidikan Magister Ekonomi di UI dan lulus di tahun 2014.
Kemudian pada 18 Mei 2010, wanita cantik ini resmi dipinang oleh seorang pengusaha, Maulana Indraguna Sutowo. Dari pernikahan tersebut, ia dikaruniai satu orang anak laki-laki dan satu anak perempuan.