Bà xã của Sỹ Luân tên là Phương Thảo, sinh năm 1994, kém nam ca sĩ12 tuổi. Phương Thảo hiện đang là MC, giáo viên, thông thạo cả tiếng Anh và tiếng Trung. Cô cũng từng xuất hiện trên một số chương trình truyền hình như Vì bạn xứng đáng, Ông bố hoàn hảo...
Phương Thảo gặp gỡ Sỹ Luân từ năm 2013, khi cô đang là sinh viên năm nhất ĐH Sài Gòn, còn Sỹ Luân vừa trải qua một tai nạn nghiêm trọng khiến anh tạm thời mất trí nhớ và đang trong giai đoạn phục hồi, tìm lại ký ức. Nơi đầu tiên hai người gặp nhau là ở chùa Hoàng Pháp, TP.HCM. Cả hai yêu quý và tôn trọng nhau ở tấm lòng hướng Phật, thường xuyên làm việc công quả ở chùa. Sỹ Luân cũng hỗ trợ nhiệt tình cho Phương Thảo trong vấn đề học tập nên cả hai sớm nảy sinh tình cảm gắn bó.
Cả hai có 6 năm hẹn hò trước khi Phương Thảo mang bầu con gái đầu lòng vào năm 2019. Tháng 2/2020, cô hạ sinh bé An Nhiên. Trên trang cá nhân, ngoài hình ảnh về công việc, Phương Thảo rất tích cực đăng tải những khoảnh khắc hạnh phúc bên con gái.
Mặc dù có thời gian dài yêu nhau nhưng chuyện tình của Phương Thảo và Sỹ Luân không được mẹ nam ca sĩ chấp thuận. Đến khi có con gái, mối quan hệ của mẹ chồng - nàng dâu ngày trở nên căng thẳng hơn. Sỹ Luân thú nhận từng chia sẻ, giải thích để kết nối mối quan hệ giữa mẹ và vợ nhưng bất thành.
Cuối cùng, anh chấp nhận tôn trọng ý kiến của mẹ: "Mẹ nói với tôi rằng mẹ để con sống cuộc sống của mình. Vì vậy việc gì mẹ không thích thì đừng bắt mẹ làm. Tôi tôn trọng suy nghĩ và không buồn khi mẹ vẫn chưa chấp nhận bà xã của mình".
Phương Thảo sở hữu khuôn mặt trái xoan cùng đường nét nhỏ nhắn, thanh tú. Chiều cao 1.67m cùng thân hình đầy đặn khiến Phương Thảo khoe được vẻ quyến rũ trong các thiết kế gợi cảm nhưng không kém phần thanh lịch.