O primeiro marido de Rousseff foi o jornalista mineiro Cláudio Galeno de Magalhães Linhares. No fim da década de 1970, Dilma e Cláudio se divorciaram. Dilma, então, resolveu reconstruir sua vida no Rio Grande do Sul, rumando para Porto Alegre onde conheceu seu futuro marido, o ex-guerrilheiro e ex-deputado gaúcho Carlos Franklin Paixão de Araújo, com quem teve sua única filha, Paula, nascida em 27 de março de 1976. Preso em São Paulo, Araújo foi transferido para seu estado natal para completar a pena. Dilma deu aulas a presidiários para ver Araújo.

Carlos Araújo e Dilma se separaram em 1994, mas em 1996 se reconciliaram e voltaram a viver juntos. Porém, depois de mais 30 anos de relacionamento, Dilma e Carlos Araújo se divorciam em 2000.

Dilma declara gostar de História e interessar-se por ópera. No início da década de 1990 matriculou-se no curso de teatro grego do dramaturgo Ivo Bender. A mitologia grega tornou-se uma obsessão para Dilma, que, influenciada por Penélope, resolveu aprender a bordar. Ela é leitora assídua de Machado de Assis, Guimarães Rosa, Cecília Meireles, e Adélia Prado.

Dilma havia passado a usar o sobrenome Linhares após seu casamento com Cláudio Galeno, em 1967. A separação se deu quando estavam na clandestinidade e o divórcio amigável ocorreu apenas em 1981.Dilma, contudo, continuou usando o sobrenome do primeiro marido socialmente até 1999, mesmo usando oficialmente Araújo do segundo marido. Após seu segundo divórcio, parou de se apresentar como Linhares e retirou o Araújo, voltando a usar seu nome de solteira, Dilma Vana Rousseff.