Novel između Chris Hemsworth i njegove buduće supruge Elsa Pataki brzo se razvijao. Međutim, to nije spriječilo njihovo stvaranje skladnog odnosa i snažnog saveza koji je trajao više od pet godina.
Chris Hamsworth sreo je svoju buduću suprugu Elsa Pataki u 2010. godini na događaju na kojem su obojica bili pozvani. U to vrijeme Chris se već preselio iz Australije u SAD i izgradio vrlo uspješnu glumačku karijeru. Elsa Pataki je također glumica. Ona ima španjolske korijene, iako je živjela i radila u Hollywoodu. Djevojka starija od Chris Hemswortha šest godina.
Kao što Chris kaže, sastanak s Elsom odmah je postao koban za njega. Shvatio je da je to ljubav na prvi pogled. Međutim, unatoč neodoljivim osjećajima mladih, uspjeli su dugo vremena sakriti svoje odnose od novinara i javnosti. Poznanstvo se dogodilo početkom 2010. godine i na ruci je saznalo sve o odnosu parova, nakon što su se Chris Hemsworth i Elsa Pataki pojavili zajedno na LACMA partyju. Do tog vremena, romansa između njih postala je vrlo ozbiljna, a par je imao čak susresti roditelje međusobno.
U prosincu je postalo poznato da se Chris Hemsworth oženio. Kasnije je izvijestila da je tajno vjenčanje bilo na Božiću.
Dvije godine kasnije, prvorođeni par rođen je prvorođencem. Djevojka je nazvana Indija Rose. Na neko vrijeme, dok je bila mala, Elsa je potpuno prestala raditi, a Chris je uvelike pojednostavio svoj raspored kako bi proveo što više vremena sa svojom obitelji. Chris Hemsworth i Elsa Pataki više puta su priznali da je za njih obitelj na prvom mjestu, pa će stoga uvijek biti najviše pozornosti.
Nakon rođenja njezine kćeri, Elsa je brzo ušla u formu i počela se pojavljivati na crvenim tepihom društvenih događaja zajedno sa suprugom. Svatko je bio zadivljen svojim lijepim i cvjetastim izgledom. U mnogim je aspektima to bila zasluga Krista, koja jako voli svoju ženu.
U studenom 2013, glumac je službeno najavio da će on i njegova supruga ponovno postati roditelji. U proljeće 2014. rođeni su dvojici dječaka u obitelji Hemsworth-Pataki, koji su imali ime Tristan i Sasha.
Chris Hemsworth je oženjen za Elsa Pataki već više od pet godina, a oni i dalje nastavljaju zračiti ljubavlju, raduju se u svakom trenutku koji je proveo u međusobnom društvu. Par donosi troje djece, pokušavajući im dati svu svoju ljubav i brigu.