A 44 ans, Nicolas Bedos a partagé sa vie avec de nombreuses femmes. En 2022 sur le plateau de C à Vous, le fils de Guy Bedos avait révélé à Anne-Elisabeth Lemoine le nom de l'actrice qui lui avait suscité ses premiers émois. "J'ai eu mes premières érections cinématographiques et corporelles devant la dangerosité de Sharon Stone dans Casino ! Devant des choses, très cruelles. quand on voit Plein Soleil'et tout ça. Donc ce film, il est chargé de cet amour que j'ai eu pour les femmes, pour les actrices, pour des femmes parfois dangereuses, complexes, maltraitées, incomprises.", confiait le frère de Victoria et de Leslie à l'occasion de la promotion de son fils Mascarade.
S'il n'a jamais vécu de passion avec la sublime blonde de Basic Instinct, Nicolas Bedos a connu l'amour avec plusieurs actrices. A commencer par Elsa Zylberstein, avec laquelle il a été en couple de septembre 2005 à 2008. Une relation "passionnelle mais fatigante", comme le confiait l'interprète de Simone Veil auprès de Paris Match. Chez Gala, l'actrice avait précisé ne rien regretter de leur histoire d'amour : "Ce n'était plus possible. Mais je ne regrette rien. Aujourd'hui, nous sommes amis".
En juin 2008, Nicolas Bedos a entretenu une relation avec Helena Noguerra, de dix ans son aînée. Il a ensuite vécu en 2011 une relation avec l'actrice Pom Klementieff, qui interprète Mantis dans Les gardiens de la galaxie. La même année, le cinéaste a eu une relation avec Mathilde Warnier, une étudiante en audiovisuel. Ils se sont rencontrés à l'occasion de l'émission Au Field de la nuit en novembre 2011, pendant laquelle elle avait interpellé le réalisateur.
De 2013 à 2019, Nicolas Bedos a vécu une belle histoire d'amour avec Doria Tillier. C'est lui-même qui avait annoncé leur rupture à l'occasion d'une interview. Ils sont restés très proches, à en croire le commentaire qu'il avait fait en 2022 sur le plateau de Quelle époque lorsqu'une photo de son ex était apparue à l'écran. "Est-ce que tu sais tout ce que je te dois, ma chérie?", avait-il lancé. Depuis deux ans, il partage sa vie avec une certaine Pauline Desmonts. Ils s'étaient notamment affichés ensemble le 19 juin 2021, au festival Cineroman, ainsi qu'à la première de Mascarade en 2022. A l'inverse des ex du cinéaste, elle ne vient pas du tout dans ce milieu puisqu'elle travaille dans l'industrie du luxe !