Als Ronson sechs Jahre alt war, trennte sich das Paar. Mit ihrer Mutter, ihren Geschwistern und Mick Jones, dem neuen Freund ihrer Mutter und Gitarrist der Rockgruppe ‘Foreigner‘, zog sie nach New York City. Ronson hat eine Zwillingsschwester namens Charlotte, die heute als Modedesignerin bekannt ist. Ihr Bruder Mark ist als erfolgreicher Musikproduzent tätig. Zudem hat sie fünf Halbgeschwister. Aus der Ehe ihrer Mutter mit Mick Jones ging deren Tochter Annabelle hervor. Zudem adoptierte das Paar einen Sohn. Ronsons Vater heiratete in zweiter Ehe das Model Michele First. Das Paar hat die drei Kinder Henrietta, David und Joshua. Ronson wuchs mit den Söhnen ihres Stiefvaters aus erster Ehe auf.

Samantha Ronson hält ihr Privatleben weitgehend aus der Öffentlichkeit raus. In Interviews gab sie wiederholt an, dass sie in einer festen Beziehung lebt. Sie ließ sich jedoch keine Details entlocken. Ronan ist lesbisch und war unter anderem mit der Schauspielerin Lindsay Lohan zusammen. Nach der Trennung des Paares wurde bekannt, dass Ronson der Verfolgung durch die Paparazzi nicht gewachsen gewesen war. Im Jahr 2011 wurde sie häufig mit der fünf Jahre jüngeren Drehbuchautorin Erin Foster zusammen gesehen. Die Beziehung wurde jedoch nie öffentlich bekannt gegeben.