プライベートにおける最大の転換点は、2017年9月に発表されたEXILEのボーカル・TAKAHIROとの結婚と第1子妊娠でした。2人は2014年放送の日テレ系ドラマ『戦力外捜査官』での共演をきっかけに親交を深め、約2年半の交際を経てゴールイン。2018年3月に第1子となる長女、2026年3月には第2子となる次女の出産を公表しています。
所属事務所であるオスカープロモーションは、かつて「25歳まで恋愛禁止」といった厳しい規律が知られていましたが、武井咲の結婚・出産は事務所にとっても大きな転換点となりました。現在も同事務所に籍を置き、看板女優としての重責を果たしながら、ライフイベントを尊重した新しい働き方のモデルケースを切り拓いています。