У Анджелины Джоли шестеро детей: сыновья Мэддокс Шиван (англ. Maddox Chivan), Пакс Тьен (англ. Pax Thien) и Нокс Леон (англ. Knox Leon); дочери Захара Марли (англ. Zahara Marley), Шайло Нувель (англ. Shiloh Nouvel) и Вивьен Марчелин (англ. Vivienne Marcheline). Все носят фамилию Джоли-Питт (Jolie-Pitt), хотя лишь трое — Шайло, Нокс и Вивьен — являются биологическими детьми Анджелины и Брэда Питта. В декабре 2005 года несмотря на то, что ни от Анджелины, ни от Брэда не было официального заявления о том, что они являются парой, Брэд Питт подал документы об усыновлении Мэддокса и Захары, и 19 января 2006 года калифорнийский суд удовлетворил его ходатайство.

Мэддокс (р. 5 августа 2001 года) был усыновлён Анджелиной в марте 2002 года в Камбодже, где Джоли снималась в первой серии «Лары Крофт». Мальчик, урождённый под именем Рат Вибол, находился в сиротском приюте в лагере для беженцев. После развода с Билли Бобом Tорнтоном Джоли получила единоличную опеку над ребёнком.

Захара (р. 8 января 2005 года) осталась сиротой в результате смерти своей биологической матери от СПИДа (дочь, однако, не страдает синдромом иммунодефицита) и была удочерена Анджелиной и Брэдом в июле 2005 года в Эфиопии, где Джоли находилась в рамках гуманитарной миссии ООН. Девочка страдала от недоедания и обезвоживания, из-за чего ей некоторое время пришлось провести в американском госпитале. Имя «Захара» означает «цветок» на языке суахили; второе имя — Марли — Анджелина выбрала в честь Боба Марли.

Шайло (р. 27 мая 2006 года) стала первым биологическим ребёнком Анджелины Джоли и Брэда Питта. Её рождению предшествовала настоящая война между Джоли — Питтом и средствами массовой информации, которые пытались выследить их ради фотографий; в результате победа осталась за парой. Шайло Нувель, чьё имя в Библии означает «мирная», была рождена в Намибии, где официальными властями на всё время пребывания там Анджелины и Питта были предприняты беспрецедентные меры безопасности. Чуть позже Анджелина и Брэд продали снимки дочери за рекордные 10 миллионов долларов журналам «People» и «Hello!», что сделало фотографии Шайло Нувель Джоли-Питт самыми дорогими фотографиями знаменитости в мировой истории.

5 марта 2007 года Анджелина и Питт усыновили на юге Вьетнама трёхлетнего мальчика Пакса Тьена (р. 29 ноября 2003 года) из приюта. Настоящее имя, данное при рождении — Фам Квань. Имя «Пакс» по-латыни означает «мир», оно было выбранно матерью Анджелины перед смертью.

В феврале 2008 года Анжелина Джоли пришла на 2008 Film Independent’s Spirit Awards в обтягивающем черном платье, которое показало уже не первый месяц второй беременности актрисы. Позже она подтвердила, что ждет близнецов.

12 июля 2008 года Анджелина Джоли родила на свет близнецов — мальчика Нокса Леона и девочку Вивьен Марчелин. Роды проходили во Франции, в клинике курортного города Ницца «Санта-Мария». Питт во время родов находился рядом с супругой. Врачам пришлось делать Джоли кесарево сечение (первоначально ожидалось, что роды состоятся в августе). Право публикации первых фотографий новорожденных были проданы одной из американских газет за 11 миллионов долларов, которые Питт и Джоли намерены пожертвовать на благотворительность.