Os pais de Tomlinson, Troy Austin e Johannah Poulston, se separaram quando ele era crianรงa e afastado de seu pai. Ele tem quatro meias-irmรฃs do segundo casamento de sua mรฃe com Mark Tomlinson: Charlotte "Lottie", Fรฉlicitรฉ "Fizzy" e as gรชmeas idรชnticas Daisy e Phoebe, que tiveram papรฉis como bebรชs na sรฉrie de televisรฃo Fat Friends ao lado de seu irmรฃo. Mark e Johannah se divorciaram enquanto Louis estava competindo no The X Factor. Tomlinson tem outra meia-irmรฃ, Georgia, do segundo casamento de seu pai. Foi anunciado em outubro de 2013 que sua mรฃe Poulston estava esperando gรชmeos com seu noivo, Daniel Deakin. Ela deu ร luz aos gรชmeos Ernest e Doris, em 12 de fevereiro de 2014. Poulston casou-se com Deakin em 20 de julho de 2014. Em 7 de dezembro de 2016, sua mรฃe morreu aos 43 anos de idade, apรณs ter lutado contra leucemia por mais de um ano.
Em julho de 2015, foi relatado que Tomlinson estava esperando um bebรช com a ex-estilista de 23 anos, Briana Jungwirth. Em 4 de agosto de 2015, no Good Morning America, ele confirmou os relatรณrios. Seu filho Freddie Reign nasceu em janeiro de 2016. Tomlinson afirmou em inรบmeras entrevistas que ele gosta de ser pai e estรก ansioso para ter mais filhos no futuro.
Em 4 de marรงo de 2017, Tomlinson foi preso por agressรฃo depois de atacar um paparazzi no Aeroporto Internacional de Los Angeles. Ele foi registrado e, posteriormente, liberado em fianรงa de US$20.000,00; mais tarde, ele deveria comparecer em um tribunal em 29 de marรงo de 2017.
