Дружиною Торнтона стала його давня кохана Конні Енгленд, майстер зі спецефектів, що працювала на таких фільмах як «Люди в чорному» і «Планета мавп», пише Є | Єдність.інфо із посиланням на Стіна.

59-річний Біллі і 49-річна Конні разом уже дванадцять років і в 2004 році стали батьками доньки Белли. Весілля відбулося ще 22 жовтня в їхньому будинку в Лос-Анджелесі в дуже вузькому колі рідних і близьких. Проте чутки про одруження пари вперше з’явилися лише в січні: на церемонії вручення премії «Золотий глобус» на пальці Торнтона було помічено срібна обручка.

Цей шлюб став шостим для Біллі Боба. Перший раз актор одружився в 1978 році на Меліссе Лі Гетлін, яка подарувала йому доньку Аманду. У 1980 році вони розлучилися. Вдруге Торнтон пішов під вінець з актрисою Тоні Лоуренс в 1986 році. Через рік вони розлучилися, а в 1988 році розірвали шлюб. З 1990 по 1992 рік Біллі Боб був одружений на актрисі Синде Вільямс. Четвертою дружиною актора стала модель «Плейбоя» П’єтра Доун Черняк, яка народила йому двох синів — Гаррі Джеймса і Вільяма. Їх сімейне життя тривала з 1993 по 1997 рік. П’ятої, найвідомішою дружиною Тортона, стала Анджеліна Джолі, яка молодша за нього на двадцять років. Їх шлюб тривав три роки — з 2000 по 2003 рік.