1967年，23岁的李谷一结识了27岁的声乐教育家金铁霖，并拜他为师。1968年走进婚姻殿堂。当时他们的感情被很多人看好（当然也因为是师生恋而遭到不少人的质疑），因为男方长相帅气有学识，女方年轻漂亮。婚后，他们的感情特别甜蜜，但因为感情不和，两人便离婚了，这让无数人感到遗憾。 ​

 

跟金铁霖离婚多年以后，李谷一嫁给了肖卓能，肖卓能是大将肖劲光的儿子，李谷一生了一个女儿，叫肖一，肖卓能是付笛生（知心爱人的演唱者）的老师，于2020年5月29日去世，享年82岁。

 

李谷一还收了一个干闺女，叫张也，经过她的指导，张也也成了著名的歌唱家，只是张也醉心于歌唱事业，一辈子不结婚，不生孩子，孤孤单单的过了几十年。