Le 11 août 2023 à 18:39:13 :
Après avoir été en couple avec l'acteur, Stephen Colletti, d'avril 2006 à novembre 2008, Hayden a brièvement fréquenté son partenaire dans Heroes, Milo Ventimiglia, de novembre 2008 à février 2009.
En mai 2009, elle a eu une aventure avec Steve Jones, un candidat de télé-réalité britannique, puis elle a également eu une liaison avec un homme d'affaires, Harry Morton, d'août à septembre 2009.
En décembre 2009, Hayden devient la compagne du boxeur ukrainien, Wladimir Klitschko - de treize ans son aîné, mais ils se séparent en mai 2011. Le mois suivant, elle se met en couple avec le joueur de football américain, Scotty McKnight mais ils se sépareront un an et demi plus tard, en décembre 2012. En avril 2013, elle se remet avec Wladimir - avec qui elle se fiance six mois plus tard. Le 9 décembre 2014, elle donne naissance à leur fille, prénommée Kaya Evdokia Klitschko. Hayden a publiquement révélé avoir souffert d'une dépression post-partum sévère après la naissance de sa fille - qui a duré pendant près d'un an et demi - et qu'elle se faisait soigner dans une clinique. En juin 2018, Hayden et Wladimir se séparent au bout de cinq ans de vie commune.
En août 2018, elle officialise sa relation avec un dénommé Brian Hickerson. En mai 2019, le jeune homme est arrêté par la police, suspecté d'avoir battu sa petite-amie. Le 14 février 2020, Brian Hickerson est de nouveau appréhendé par la police le soir de la Saint-Valentin, vers 2h30 du matin, après avoir donné un coup de poing sur le côté droit du visage de Hayden, qui a ensuite dit aux médias "se porter bien".