कॉर्नेल का विवाह पहले एलिस इन चेन्स (Alice in Chains) और साउंडगार्डन (Soundgarden) की प्रबंधक, सूसन सिल्वर से हुआ था। सिल्वर से उनकी एक बेटी, लिलियन जीन है जो जून 2000 में पैदा हुई। उनका और सिल्वर का 2004 में तलाक हो गया। दिसंबर 2008 में, कॉर्नेल ने अपनी आधिकारिक वेबसाईट के माध्यम से सूचना दी कि सिल्वर के साथ 14 साल तक अदालती लड़ाई लड़ने के पश्चात् उन्होनें अंततः अपने 15 गिटारों का संग्रह पुनः प्राप्त कर लिया था।

वर्तमान में वे विकी करायिअनिस (Βίκυ Καραγιάννη) से विवाहित हैं, जो पेरिस में स्थित ग्रीक विरासत की एक अमेरिकी पत्रकार हैं। उसने सितंबर 2004 में उनकी दूसरी बेटी टोनी और दिसम्बर 2005 में अपने तीसरे बच्चे, क्रिस्टोफर निकोलस को जन्म दिया। 

1998-2000: एकल (सोलो) कैरियर
निजी जीवन
अन्य संगीत परियोजनाएं
2001-2007: ऑडियोस्लेव (Audioslave)