Năm 2013, trước khi chính thức hợp tác cùng Song Hye Kyo trên màn ảnh nhỏ xứ Hàn với tác phẩm "Hậu duệ mặt trời", Song Joong Ki từng có cơ hội gặp gỡ nữ diễn viên "Trái tim mùa thu" tại phim trường "Gió mùa đông năm ấy".
Tại thời điểm đó, Song Joong Ki tới phim trường thăm người anh thân thiết Jo In Sung và cũng là bạn diễn của Song Hye Kyo trong phim này.
Năm 2015, cặp đôi chính thức nên duyên trên màn ảnh với vai Đại úy Yoo Shi Jin và bác sĩ Kang Mo Yeon. Thời điểm đó, vai diễn bác sĩ Kang Mo Yeon được "đo ni đóng giày" cho Song Hye Kyo.
Ngược lại, nhân vật Yoo Shi Jin ban được được biên kịch nhắm tới cho các nam tài tử nổi tiếng, gồm Jo In Sung, Gong Yoo… tuy nhiên, vì lịch trình không khớp nên các diễn viên này đều lần lượt từ chối.
Tại đây, cơ hội để được đóng cùng với thần tượng đã đến với Song Joong Ki, khi Jo In Sung giới thiệu anh chàng với biên kịch. Theo đó, từ thời vẫn còn ngồi trên ghế nhà trường, Song Joong Ki đã luôn ngưỡng mộ và thường chọn Song Hye Kyo là hình mẫu bạn gái lý tưởng.
Tháng 6/2016, Song Joong Ki mời nữ diễn viên "Trái tim mùa thu" tới tham dự fanmeeting của anh chàng tại Trung Quốc với tư cách khách mời. Việc Song Hye Kyo có mặt trong fanmeeting của nam tài tử khiến người hâm mộ vô cùng bất ngờ, bởi nữ diễn viên được biết đến là người khá kín tiếng và không tham gia bất cứ một show truyền hình nào từ khi vào nghề.
Năm 2016, Song Joong Ki và Song Hye Kyo cùng nhau tham dự lễ trao giải Baeksang. Những khoảnh khắc tình cảm của cặp đôi tại lễ trao giải khiến người hâm mộ vô cùng thích thú.
Năm 2017, bẵng đi một thời gian, tin đồn bắt đầu nổi lên, khi có nhân chứng tiết lộ rằng, cô bắt gặp Song Hye Kyo ngồi đợi Song Joong Ki trong một quán cà phê tại Mỹ. Thời điểm đó, nam tài tử đang có lịch trình chụp hình cho tạp chí W.
Quá trình hẹn hò của cặp đôi được sắp xếp vô cùng tài tình, Song Joong Ki và Song Hye Kyo thường hẹn hò chung khi có mặt của những người bạn thân, bao gồm nam diễn viên Yoo Ah In.
Tháng 6/2017, xuất hiện tin đồn, cặp đôi cùng quản lý đi du lịch tại đảo Bali. Tuy nhiên, đại diện công ty quản lý của cả hai đã lên tiếng phủ nhận.
Tháng 7/2017, Song Joong Ki và Song Hye Kyo tuyên bố sẽ chính thức về chung một nhà vào tháng 10/2017. Đây được xem là tin tức hot nhất vào thời điểm đó, đứng đầu các trang tìm kiếm thông tin.
Tháng 10/2017, hôn lễ thế kỷ giữa Song Joong Ki và Song Hye Kyo đã chính thức diễn ra vào ngày 31/10, trong sự chúc phúc của người thân, bạn bè, đồng nghiệp và người hâm mộ ở khắp mọi nơi.
Tháng 11/2017, sau lễ cưới thế kỷ, cặp đôi lên đường sang Tây Ban Nha hưởng tuần trăng mật. Tại đây, cặp đôi dính nhau như sam và thường dành cho nhau những cái nhìn đầy tình cảm.
Tháng 12/2017, cặp đôi cùng bạn bè thân thiết xuất hiện trong buổi biểu diễn của nữ IU. Theo đó, IU là nữ ca sĩ mà cả hai cùng yêu thích.
Tháng 7/2018, cặp đôi quyền lực Song Joong Ki và Song Hye Kyo đã đi dự đám cưới một người bạn tại thành phố Redondo Beach, California, Mỹ. Cặp đôi đã dành hẳn 1 tuần liền từ ngày 9 - 15/7 để ở lại Mỹ nghỉ dưỡng.
Sau thời điểm này cặp đôi bị cư dân mạng phát hiện có dấu hiệu trục trặc, khi Song Hye Kyo xóa bỏ một ít hình chụp chung, cùng việc đăng những dòng trạng thái đầy ẩn ý. Bên cạnh đó, việc không mang nhẫn cưới của cả hai làm công đồng mạng thêm nghi ngờ.
Tháng 2/2019, sau loạt tin đồn về việc ly hôn, đại diện công ty quản lý của cả hai đã chính thức phủ nhận và khẳng định đây là những thông tin vô căn cứ.
Cuối tháng 5/2019, trong họp báo ra mắt bom tấn "Asadal Chronicles", Song Joong Ki cuối cùng đã nhắc đến vợ Song Hye Kyo và còn tiết lộ cách cô động viên mình trong suốt thời gian quay bộ phim này. Điều này khiến người hâm mộ phần nào cảm thấy nhẹ nhõm.
Ngày 27/6/2019, cặp đôi chính thức thừa nhận đang trong quá trình xử lý ly hôn, với nguyên nhân không thể hòa hợp về lối sống.
