W wieku 35 lat Sam Neill poznał w Londynie pochodzącą z Nowej Zelandii aktorkę filmową i teatralną Lisę Harrow. Rok później na świat przyszedł ich syn Tim. Aktorski związek rozpadł się jednak dość szybko, a w 1989 roku na planie filmu "Martwa cisza" spotkał urodzoną w Japonii charakteryzatorkę Noriko Watanabe. Pobrali się w Nowej Zelandii po kilku miesiącach znajomości i nadal są razem. Mają dorosłą już córkę Elenę. Neill przysposobił też córkę Noriko z pierwszego małżeństwa - Maiko Spencer.