Джиллиан Андерсон встретила своего первого мужа Клайда Клотца на съемках сериала «Секретные материалы». Он тогда был помощником художника-постановщика этого проекта. 1 января 1994 года они поженились, и в сентябре того же года актриса родила дочь Пайпер Мару Клотц. Позже Андерсон признавалась, что чувствовала себя «виноватой» из-за того, что забеременела так рано в процессе съемок сериала, поэтому она поспешила выйти из декрета всего через десять дней после кесарева сечения. С Клайдом же звезда рассталась через три года.
Пайпер с детства часто бывала на съемочной площадке «Секретных материалов». По мере взросления она интересовалась арт-дизайном и кино, мечтала стать режиссером, снимала короткие фильмы на компьютере. Как отмечала Джиллиан, в их семье было много совместного досуга, включая посещение музеев Лондона и просмотр фильмов.
Дочь Андерсон пошла по стопам своего отца: получила образование театрального дизайнера и стала художником в театре, кино и на телевидении. В 2016 и 2018 годах она была задействована в арт-отделе, который работал над новым сезоном «Секретных материалов». А в июне 2022 года Пайпер основала собственную студию Maru Objects, выпускающую арт-объекты и предметы для дома. С 2017 года Клотц встречается с фрирайдером и климатическим активистом Эдом Сейлсбери.
От отношений с бизнесменом Марком Гриффитсом, с которым Джиллиан Андерсон была близка с 2006 по 2012 год, у нее двое сыновей. Оскар родился в 2006-м, а Феликс — в 2008-м. О младших детях актрисы известно немного. Они оба увлекаются скоростным спуском на горных велосипедах и делятся успехами в своих соцсетях. В январе 2024 года Оскар подписал контракт с профессиональной спортивной командой Intense Factory Racing. А Феликс в январе 2023-го объявил, что присоединился к команде разработчиков Madison Saracen.
Андерсон говорила, что, экстремальные мечты ее сыновей бывают для нее волнуюoими и пугающими. Но это также очень эмоционально, по ее словам, «позволить им идти своим путем и не пытаться что-то исправить». В интервью The Telegraph в 2015 году Джиллиан рассказала о своей тесной связи со всеми тремя детьми: «Мне так повезло, что у меня такая замечательная работа. У меня фантастическая жизнь, у меня прекрасные отношения с моими детьми, и я ни в чем не испытываю недостатка».
При этом актриса отмечала, что воспитывать детей ей бывало сложно, несмотря на всю помощь, которую она получала: «Мне помогали, но мне все равно было нелегко. Женщины, которые воспитывают детей в одиночку, являются «суперженщинами».
