Carlos Alberto de Nóbrega foi casado três vezes. Seu primeiro casamento foi com Daniela Bayma, com quem teve um filho, Marcelo. Após o divórcio, ele se casou com a atriz Andréa Veiga, com quem teve mais um filho, João Victor. Atualmente, Carlos Alberto é casado com a médica Renata Domingues, com quem está junto desde 2014. Eles se conheceram em uma clínica de estética e, após alguns anos de relacionamento, decidiram se casar em uma cerimônia discreta.