Lia menikah dengan Sony Lalwani tanggal 18 Maret 2006 di [[Hong KongIndia]], karena adanya perbedaan agama. Dari pernikahannya tersebut, Lia dianugerahi bayi kembar yang lahir melalui operasi sesar, pada tanggal 7 Desember 2006 di [[Rumah Sakit Pondok Indah]], [[Jakarta Selatan]]. Sepasang bayinya itu diberi nama Makayla Athaya Lalwani (perempuan) dan Tristan Athala Lalwani (laki-laki). Pada tanggal 29 Oktober 2012, Cornelia Agatha telah mengajukan gugatan cerai terhadap suaminya ke [[Pengadilan Negeri Jakarta Selatan]].<ref>{{cite news|url=http://entertainment.kompas.com/read/2012/11/28/17081684/Cornelia.Agatha.Layangkan.Gugatan.Cerai|title=Cornelia Agatha Layangkan Gugatan Cerai|date=28 November 2012|access-date=28 November 2012|newspaper=Kompas.com}}{{Pranala mati|date=Februari 2021 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}</ref> Pengadilan Negeri Jakarta Selatan mengabulkan tuntutan Cornelia pada tanggal 1 Agustus 2013 dengan salah satu pertimbangannya adalah adanya [[Kekerasan dalam rumah tangga|KDRT]].<ref>{{cite news|url=http://blitz.rmol.co/read/2013/08/02/120658/Cornelia-Agatha,-Ajukan-Bukti-KDRT,-Langsung-Resmi-Janda-|title=Cornelia Agatha, Ajukan Bukti KDRT, Langsung Resmi Janda|newspaper=R. Mol|date=2 Agustus 2013|access-date=2 Agustus 2013|archive-date=2016-03-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20160304123110/http://blitz.rmol.co/read/2013/08/02/120658/Cornelia-Agatha,-Ajukan-Bukti-KDRT,-Langsung-Resmi-Janda-|dead-url=yes}}</ref>
Lia pernah digosipkan berpacaran dengan [[Rizal Ramli]], mantan [[Daftar Menteri Koordinator Bidang Kemaritiman dan Investasi Indonesia|Menko Kemaritiman]] era [[Joko Widodo]].
