佟大为在拍摄《玉观音》时，认识了关悦。那时关悦回国不到一年。出名后的佟大为戏约不断，经常要来到北京拍戏。每到北京，他都会去找关悦，两个脾气相仿的年轻人相交甚欢。
着长期的相处，佟大为发现自己喜欢上了关悦。在一个阳光明媚的日子，佟大为带着精心挑选的玫瑰花，用一首自编自写的爱情歌曲向关悦表了白。2007年8月20日，佟大为与关悦领取了结婚证，正式成为夫妻。
结婚8年来的佟大为，一直努力兼顾事业和家庭。哪怕在外拍戏，他也会每天跟老婆打电话，主动说“我爱你”。特别是在2012年的戛纳电影节上，关悦因为穿高跟鞋脚疼，佟大为横抱着她走过红地毯。佟大为说：自己一般不留女演员的电话号码，现在家庭给我带来的快乐和目前的生活状态我非常满意、非常享受，我不希望有任何事情、任何人去干扰这种状态。”
