Antes de iniciar su trayectoria artística, Camila Sodi mantuvo un estable romance con José María Torre que inició en el 2002 y terminó con el paso del tiempo, pero volvieron a ser relacionados durante el 2013, cuando Sodi terminó su matrimonio con Diego Luna y fue vista conversando con Torre, de inmediato se especuló que el diseñador habría sido el tercero en discordia, situación que él salió a desmentir al instante.
Camila Sodi y Diego Luna se conocieron cuando filmaron la película " El búfalo en la noche" durante el 2007. La pareja decidió casarse en el 2008, cuando esperaban a Jerónimo, su primer hijo y más tarde la pequeña Fiona se sumaría a la familia, pero la relación solo duró 6 años y en el 2013 la pareja confirmó su separación, sin embargo, hasta el momento mantienen una cercana amistad y ambos aseguran que existe mucho cariño fraternal entre ellos.
Tras su ruptura con Diego Luna, Camila Sodi fue captada en varias ocasiones y en actitud muy romántica con Jorge Camil Starr, hijo del empresario Jaime Camil y hermano de los actores Jaime e Isabella Camil. Poco a poco la pareja fue relajándose respecto a su romance y aparecieron juntos en varios eventos públicos luciendo abrazados, cariñosos y muy entusiasmados, incluso Jorge convivió de manera cercana con los hijos de la actriz, pero la relación duró poco tiempo y tras algunos meses no volvieron a ser vistos juntos.
Osvaldo Benavides y Camila Sodi protagonizaron juntos la telenovela "A que no me dejas" en el 2015 y al parecer la química fue tan fuerte que se supo terminaron enamorados en la vida real, pero el romance no perduró, pues al parecer Diego Luna, ex pareja de Camila y amigo cercano de Benavides, no estaba tan de acuerdo con la relación y Osvaldo se sintió tan incómodo que optó por pedirle un tiempo a la bella actriz.
Durante el 2017 Camila Sodi fue captada en las calles de París con Javier Hernández "Chicharito", la pareja lucía visiblemente enamorada y en lo que parecía el inicio de una bella relación, pero tras hacerse público su romance, la actriz asegura que ambos vivieron una ola de ataques, sobre todo por la reciente ruptura del futbolista con la española Lucia Villalón, acusando a Camila de haber provocado el término de esa relación, situación que Sodi acepta que ni ella, ni Javier fueron capaces de controlar, además de que vivían un amor a distancia, lo que dificultaba su comunicación de pareja y por esos motivos decidieron dar fin a su noviazgo.
Sin duda la relación amorosa entre Camila Sodi y Diego Boneta surgió durante la grabación de la serie sobre la vida de Luis Miguel que colocó a ambos actores en la cima de la popularidad, por lo que la noticia de su romance en la vida real fue un escándalo mediático. La pareja fue captada durante un desayuno muy cariñosos y apasionados a pesar de estar rodeados de personas y ser figuras públicas, pero eso parecía no importarles y no dejaban de besarse y tocarse bajo la mesa , sin embargo, al parecer el romance terminó cuando terminaron las grabaciones y no volvieron a aparecer juntos, aunque ambos están confirmados para la segunda temporada de la serie y quizá la atracción vuelva a surgir.
A raíz de su participación conjunta dentro de la serie "Falsa Identidad" Camila Sodi y Luis Ernesto Franco fueron relacionados sentimentalmente, la estrecha relación que mantenían durante las grabaciones desataron los rumores de romance entre la pareja, además de que fueron captados besándose fuera de foros, pero hasta ahora, ninguno ha confirmado si existió una relación amorosa entre ellos y Luis Ernesto asegura que solo son buenos amigos.
Camila Sodi e Ivan Sánchez han sido nombrados la pareja del verano por la revista Hola!, quienes captaron a los actores disfrutando del que parece ser un reciente romance. Además de la noticia, Camila impactó a sus seguidores luciendo espectacular a bordo de la embarcación donde se encontraba con el español; y en otra imagen compartida por la revista, ambos aparecen besándose.
