Pierce Brosnan a cunoscut-o pe prima sa soție, Cassandra Harris, în timp ce studia arta dramatică. După ce Cassandra a murit de cancer în 1991, Pierce a declarat despre ea că niciodată nu și-ar fi imaginat că va ajunge să-i devină soție și să-i fie parteneră de viață timp de 17 ani. "Ce femeie frumoasă. Dumnezeule cum arăta. Nu m-am gândit niciodată că este persoana cu care mi-aș petrece 17 ani de viață, nu m-am gândit că voi reuși s-o fac fericită, ci doar să o înveselesc sau măcar să încerc să fac acest lucru".
Pierce Brosnan s-a căsătorit cu Cassandra Harris în decembrie 1980
Relația lui Pierce Brosnan cu Cassandra Harris a evoluat rapit la sfârșitul anilor '70. Cei doi au decis să se mute împreună, așa că și-au luat o casa împreună în Wimbledon, un district din apropierea Londrei. S-au căsătorit pe 27 decembrie 1980 și au un băiat, Sean, născut în septembrie 1983. De asemenea, în casa lor au locuit și copiii Cassandrei din relația cu Dermot Harris. Este vorba de Charlotte și Christopher. După ce Dermot Harris a murit în 1986, cei doi copii au fost adoptați de Pierce Brosnan.
Cassandra Harris, soția lui Pierce Brosnan, a fost diagnosticată cu cancer în 1987
Un an mai târziu, în 1987, soția lui Pierce a fost diagnosticată cu cancer ovarian. Actorul se afla în India unde filma pentru pelicula "The Deceivers". Cassandra a făcut numeroase ședințe de chimioterapie și urmat alte tratamente experimenatale, însă corpul ei a cedat pe 28 decebrie 1991, la vârsta de 43 de ani. Pierce Brosnan a vorbit despre ce a însemnat pentru el pierderea soției. "Când partenerul tău are cancer, atunci viața ți se schimbă complet. Rutinele obișnuite și modul în care vezi viața, toate acestea se schimbă. Pentru că ai de-a face cu moartea. Ai de-a face cu posibilitatea de a muri. A urmat operația, chimioterapia... Cassie era foarte pozitivă în ceea ce privește viața. A avut cea mai uimitoare energie și perspectivă asupra vieții. A fost și este o pierdere groaznică și văd că se reflectă din când în când la copiii noștri."
Pierce Brosnan s-a recăsătorit în anul 2001 cu jurnalista Keely Shaye Smith
Mulți ani mai târziu, în 2013, fiica sa vitregă, Charlotte, a murit de aceeași boală care a avut-o și mama sa - cancer ovarian. Charlotte avea 42 de ani. După moartea primei soții în 1991, Pierce Brosnan a început în 1994 o relație cu jurnalista americană Keely Shaye Smith. S-au cunoscut într-o vacanță în Mexic. S-au căsătorit în 2001 în Irlanda. Au împreună doi copii: Dylan și Paris.