Roman med Chrisom Hemsworthom in njegovo prihodnjo ženo Elso Pataki se je hitro razvil. Vendar jim to ni preprečilo, da bi ustvarili skladen odnos in močno zavezništvo, ki je trajalo več kot pet let.
Chris Hamsworth je v letu 2010 srečal svojo prihodnjo ženo Elsa Pataki na dogodku, kjer sta bili povabljeni. Chris se je takrat že preselil iz Avstralije v ZDA in zgradil zelo uspešno igralsko kariero. Elsa Pataki je tudi igralka. Ima španske korenine, čeprav je živela in delala v Hollywoodu. Dekle starejša od Chrisa Hemsvorta za šest let.
Kot pravi sam Chris, je sestanek z Eljo takoj za njim postal usoden. Spoznal je, da je to ljubezen na prvi pogled. Kljub precejšnjim občutkom mladih pa so že dalj časa skrivali odnose med novinarji in javnostjo. Seznanjenost se je zgodila v začetku leta 2010 in vse o paru se je seznanila šele septembra, ko sta se Chris Hemsworth in Elsa Pataki skupaj pojavili na stranki LACMA. Do takrat je romanca med njimi postala zelo resna in par imel celo srečati starše drug drugega.
In decembra je postalo znano, da se je Chris Hemsworth poročil. Kasneje so poročali, da je bila skrivnostna poroka na božiču.
Dve leti kasneje se je rodil prvi rojen prvi rodilec. Dekle je imenovala Indija Rose. Čez nekaj časa je Elsa povsem prenehala delovati, čeprav je bila majhna, Chris pa je močno poenostavil urnik, da je preživel čim več časa s svojo družino. Chris Hemsworth in Elsa Pataki sta večkrat priznala, da je za njih družina na prvem mestu, zato bo vedno največ pozornosti namenjena.
Po rojstvu svoje hčerke je Elsa hitro prišla v obliko in se je skupaj z možem začela pojavljati na rdečih preprogih družabnih dogodkov. Vsem je bil zadel čudovit in cvetoč videz. V mnogih pogledih je to veljalo za zasluge Chrisa, ki zelo ljubi svojo ženo.
Novembra 2013 je igralec uradno sporočil, da bosta z ženo ponovno postala starša. Spomladi leta 2014 so se rodili dvojčki fantov v družini Hemsworth-Pataki, ki sta se imenovala Tristan in Sasha.
Zdaj je Chris Hemsworth že več kot pet let poročen z Elsa Pataki in še vedno radi izžarevajo z ljubeznijo, veseli se v vsakem trenutku, ki ga porabijo v podjetju drug drugega. Par vzgaja tri otroke, poskuša jim dati vso svojo ljubezen in nego.