Кароль Буке была замужем за продюсером Жаном-Пьером Рассамом[фр.], от которого в 1981 году родила сына Димитрия. В 1987 году родила сына Луи от фотографа Франсиса Джакобетти. В 1991 году она вышла замуж за врача-исследователя (специалиста по СПИД) Жака Лейбовича, но разошлась с ним в 1996 году. С этого времени она связала свою жизнь с Жераром Депардьё, рассталась с ним в августе 2005 года.