Thu Thủy quen ông xã từ năm 18 tuổi, khi còn là học sinh cấp ba. Là người kín tiếng nên suốt hơn 10 năm yêu nhau, nữ ca sĩ rất hiếm khi nhắc đến bạn trai. Đến năm 2012, cảm nhận tình yêu đã "chín muồi", nữ ca sĩ mới chịu hé lộ về người yêu của mình. Cuối tháng 12/2013, Thu Thủy được bạn trai lái siêu xe đến đón sau một buổi biểu diễn. Là một doanh nhân, 'nửa kia' của Thu Thủy rất ngại xuất hiện ở chốn đông người và kiên quyết giấu mặt khi phát hiện có ống kính phóng viên hướng về phía mình. 

Tháng 1/2014, Thu Thủy lần đầu để người yêu "lộ diện" với công chúng khi chia sẻ ảnh cô tình cảm bên bạn trai trên trang cá nhân. Anh tên Huỳnh Nhất Phương, sinh năm 1984, là một doanh nhân thành đạt và cũng là một tay chơi siêu xe có tiếng tại TP HCM. Thời điểm đó, Thu Thủy tiết lộ, cô quyết định công khai ảnh bạn trai vì không thể giấu anh được nữa. Lý do là vài ngày sau đó, cô sẽ ra mắt MV mới có sự xuất hiện của Nhất Phương.

Cùng tháng đó, MV 'Ai quên được ai' có sự xuất hiện của bạn trai Thu Thủy được phát hành. Cả hai có nhiều cảnh quay lãng mạn trong MV.

Trong thời gian Thu Thủy tham gia 'Bước nhảy hoàn vũ' 2014, bạn trai thường xuyên xuất hiện ở hậu trường để động viên cô. Anh vẫn cố gắng né tránh khi biết có máy ảnh hướng về phía mình. Tháng 4/2014, anh tiếp tục tham gia một MV khác của bạn gái.

Tháng 7/2014, bạn trai chờ sẵn ở sân bay Tân Sơn Nhất (TP HCM) để đón Thu Thủy trở về sau chuyến công tác dài ngày ở Australia. 

29/10/2014, Thu Thủy chính thức 'theo chàng về dinh' bằng một đám cưới bí mật. Toàn bộ khâu chuẩn bị đám cưới đều do bạn trai của Thu Thuỷ chuẩn bị nên cô gần như không biết gì trước đó. Nữ ca sĩ cũng không tiết lộ về ngày vui của mình với truyền thông. Đám cưới của Thu Thuỷ chỉ có khoảng 100 khách mời, trong đó có rất ít bạn bè, chủ yếu là người thân của gia đình hai bên.

Tháng 4/2015, nữ ca sĩ lên chức mẹ. Con trai đầu lòng là trái ngọt đầu tiên trong cuộc hôn nhân của Thu Thủy và ông xã.

Trong một bài phỏng vấn với Ngoisao.net hồi tháng 3/2016, Thu Thủy thừa nhận sau khi cưới nhau, chồng cô không còn như lúc yêu. Vì phải nỗ lực nhiều hơn trong công việc nên anh lơ là quan tâm vợ. Tuy nhiên, nữ ca sĩ vẫn khẳng định cuộc hôn nhân của mình đang hạnh phúc. Thời điểm đó, những tin đồn hôn nhân của Thu Thủy rạn nứt đã bắt đầu xuất hiện.

Chia sẻ về người bạn đời của mình, Thu Thủy cho biết: "Chồng tôi hy sinh vì tôi nhiều lắm. Anh ấy không dám đi chung vì sợ bị chụp hình. Tôi biết chỉ cần nói anh ấy chở tôi đi đâu đó rồi đăng báo chắc chắn rất tốt cho việc quảng bá hình ảnh, nhưng chúng tôi đều không làm. Quen nhau lâu, mỗi lần đi đâu, anh đều chọn những chỗ vắng người. Tôi biết, yêu và kết hôn với tôi anh gặp áp lực nhiều. Anh làm gì cũng nghĩ đến tôi, anh sợ mọi người đánh giá chồng Thu Thủy thế này, thế kia. Chính vì vậy chúng tôi hầu như không xuất hiện với nhau nhiều nên có một thời gian người ta đồn tôi ly hôn. Họ bình luận ác ý, tôi có nói với anh, anh chỉ cười bảo, mình hạnh phúc với nhau được rồi, người ngoài muốn nói gì em kệ đi".

Ông xã của nữ ca sĩ vẫn thỉnh thoảng tháp tùng vợ đi diễn nhưng luôn né tránh sự chú ý của truyền thông.

Tháng 5/2017, Thu Thủy cho ra mắt MV 'Yêu hết lòng' và cho biết phải xin phép ông xã để được thực hiện những cảnh quay mặn nồng trong sản phẩm âm nhạc này. Đến tháng 6/2017, nữ ca sĩ vẫn đăng một số khoảnh khắc tình cảm bên chồng hoặc ảnh chụp chồng và con trai trên trang cá nhân. Cuối tháng 11 vừa qua, Thu Thủy đau lòng xác nhận đã ly hôn được nửa năm vì chồng cũ không dành nhiều thời gian dành cho gia đình, đặc biệt là con trai. Sự đổ vỡ này như cái kết khép lại câu chuyện tình yêu gần 17 năm bên nhau của cặp đôi.