Ayahnya seorang produser dan sutradara bernama Bruce Paltrow dan ibunya adalah aktris bernama Blythe Danner. Gwyneth memiliki saudara laki-laki bernama Jake Paltrow, yang juga merupakan sutradara, penulis skenario, dan aktor.
Gwyneth memiliki tinggi badan 175 cm dan memiliki hobi memasak sejak kecil. Bahkan ia pernah membuat sejumlah buku memasak yang cukup laris, ia juga memiliki hobi travelling. Meski sudah berusia setengah abad lebih, Paltrow tetap menjaga badannya tetap ramping dan prima.
Sebelum menikah, Gwyneth sempat menjalin hubungan dengan aktor kenamaan Brad Pitt di mana mereka bertemu dalam garapan film yang sama. Hubungan mereka berlangsung cukup lama yakni 1994-1997, bahkan hubungan ini diakuinya sebagai hubungan paling romantis.
Tak lama setelah putus dengan Pitt, ia berpacaran dengan aktor Ben Affleck pada 1997-1999, yang mana mereka juga bertemu dalam garapan film yang sama.
Kemudian pada tahun 2002, ia menjalin hubungan lalu menikah dengan Chris Martin pada 2003. Dari pernikahan ini keduanya dikaruniai sepasang anak perempuan dan laki-laki yang bernama Apple Martin yang sudah menjadi remaja cantik dan Moses Martin yang juga sudah menginjak usia remaja