Bellucci hatte die Beziehung zu Burton 2023 öffentlich gemacht. Der US-Regisseur besetzte sie in seiner Fantasy-Horrorkomödie "Beetlejuice Beetlejuice", die vergangenes Jahr beim Filmfestival in Venedig vorgestellt wurde. In der Fortsetzung des Klassikers "Beetlejuice" spielte die Italienerin eine bösartige Frankenstein-artige Kreatur namens Delores, die sich an ihrem Ex-Mann rächen will.
Bis 2013 war Bellucci 14 Jahre lang mit dem französischen Schauspieler Vincent Cassel verheiratet gewesen. Mit ihm hat sie zwei Töchter. Burton, der Filme wie "Batman", "Edward mit den Scherenhänden", "Mars Attacks!" und "Sleepy Hollow" gedreht hat, hatte bis 2014 eine Langzeit-Beziehung mit der britischen Schauspielerin Helena Bonham Carter geführt. Das Paar bekam ebenfalls zwei Kinder.
