Ulrich Noethen machte sein Abitur in einem Augsburger Gymnasium und studierte anschließend Rechtswissenschaften. Nach kurzer Zeit wechselte er jedoch zur Schauspielerei und begann seine Ausbildung an der Hochschule für Musik und Darstellende Kunst in Stuttgart. Als Schauspieler beziehungsweise Künstler stellte er sich unter dem früheren Namen seiner Mutter vor und nannte sich Noethen.

Ulrich Noethen heiratete 1992 seine Schauspielkollegin Friederike Wagner. Die beiden haben eine gemeinsame Tochter. Nach 13 Jahren gemeinsamen Lebens trennte sich das Paar. Die Scheidung wurde im Jahr 2009 durchgeführt. Inzwischen lebt er mit der Schriftstellerin Alina Bronsky zusammen, die aus ihrer ersten Ehe drei Kinder mit in die Beziehung brachte. Mit ihr hat er eine gemeinsame Tochter. Die Familie wohnt in Berlin, in dem Stadtteil Charlottenburg.