Grönemeyer heiratete im Mai 2016 Josefine Cox. "Wir hatten ein schönes Fest, es war dufte", sagte er in Ö3. Vor 20 Jahren war Grönemeyers erste Frau Anna gestorben. Den 20. Todestag am 5. November habe er still und ruhig mit seinen Kindern verbracht, erzählte er nun. "Trauer heißt für mich, jemanden in Ehren zu halten, aber da kann man auch parallel dazu auf der anderen Seite wieder versuchen, sich das Glück zurechtzubasteln. Die Trauer um die Person bleibt da, wie eine neue Farbe im Leben." Grönemeyer lebt in London und Berlin und ist Vater von zwei Kindern.
Das Liebeslied "Mein Lebensstrahlen" auf seinem aktuellen Album "Tumult" hat er seiner zweiten Frau gewidmet. "Ein Leuchten ist damit gemeint. Es ist eines der schönsten Stücke, das ich jemals geschrieben habe. Vielleicht sogar das Schönste." Seine Frau, die laut dem Pop- und Rockstar "an die 40" ist, habe das Lied schon ohne Text sehr schön gefunden.