1956年6月29日，梦露与剧作家阿瑟米勒秘密结婚。同年8月，玛丽莲梦露怀孕但不久便流产。1957年8月1日，梦露因宫外孕而被迫再次流产。1960年8月28日，玛丽莲梦露住院接受精神治疗。1961年1月20日，两人在墨西哥正式离婚。2014年12月8日，剧作家阿瑟米勒(ArthurMiller)追求梦露时写给她的多封情书，而梦露回给米勒的1封信，昨天也卖得4万3750美元。

1961年2月7日，玛丽莲梦露在纽约住院。3月5日，玛丽莲梦露出院。1962年1月，玛丽莲梦露搬家到洛杉矶。1962年7月20日，玛丽莲梦露因突发子宫内膜炎住院。