Společně měli syna Seana (49) a Pierce adoptoval také dvě Cassandřiny děti z předchozího manželství, Charlotte (†41) a Christophera (50). Bohužel, Cassandra zemřela v roce 1991 ve věku 43 let po boji s rakovinou vaječníků, a bohužel na rakovinu později v roce 2013 zemřela i Piercova dcera.
Po Cassandraině smrti se Pierce seznámil s americkou novinářkou a environmentální aktivistkou Keely Shaye Smith. Potkali se v roce 1994 a strávili několik let spolu, než se v roce 2001 rozhodli slavnostně vzít na soukromém obřadu v Irsku. Společně mají dva syny – Dylana (26) a Parise (22).
Pierce Brosnan otevřeně projevuje svou lásku a obdiv k manželce Keely. Ve svých rozhovorech ji popisuje jako svou soulmate a připisuje jí zásluhy za to, že mu pomohla překonat obtížné období po smrti jeho první manželky.
S Keely jsou oddáni už více než dvě desetiletí a nadále prožívají šťastný vztah. Když jde o jejich veřejné vystupování, často se účastní společenských akcí a společně pózují na červeném koberci při různých udíleních cen.