À l'âge de 18 ans, en 1955, Mary Tyler Moore épousa Richard Carleton Meeker[3], qu'elle décrivit comme «le garçon d'à côté» et, six semaines plus tard, elle était enceinte de son fils unique, Richard Jr. (né le ).
Meeker et Moore ont divorcé en 1961.
Moore a épousé Grant Tinker, un dirigeant de CBS (plus tard président de NBC), en 1962, et en 1970, ils ont fondé la société de production télévisuelle MTM Enterprises, qui a créé et produit la première série télévisée de la compagnie, The Mary Tyler Moore Show[4],[5]. Moore et Tinker ont divorcé en 1981.
Le , à l'âge de 24 ans, le fils de Moore, Richard, est mort d'un coup de feu accidentel à la tête alors qu'il manipulait un petit fusil de chasse.
Le modèle a été retiré plus tard de la vente à cause d'une détente trop sensible.
Moore a épousé Robert Levine le , à l'hôtel Pierre de New York.
Ils se sont rencontrés lorsque la mère de Moore a été traitée par lui à New York lors d'une visite à domicile, après que Moore et sa mère sont revenus d'une visite au Vatican où ils ont eu une audience personnelle avec le pape Jean-Paul II.