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सुष्मिता का नाम सबसे पहले फिल्ममेकर विक्रम भट्ट के साथ जुड़ा था। विक्रम शादीशुदा थे इसलिए सुष्मिता के साथ उनका ब्रेकअप हो गया था।
सुष्मिता सेन का नाम होटल बिजनेसमैन संजय नारंग संग भी जुड़ा है। हालांकि कभी भी सुष्मिता सेन ने अपने इस प्यार को पब्लिक नहीं किया।
रणदीप हुड्डा भी कभी सुष्मिता के साथ अपने अफेयर के चलते सुर्खियों में रहे थे, लेकिन कुछ दिनों में ही उनका ब्रेकअप हो गया था।
2013 में सुष्मिता का नाम दौरान पूर्व पाकिस्तानी क्रिकेटर वसीम अकरम के साथ जुड़ा था। हालांकि दोनों ने इन खबरों को निराधार करार दिया था।
इसके बाद सुष्मिता का नाम मुंबई के रेस्टोरेंट मालिक ऋतिक भसीन के साथ जोड़ा गया, लेकिन फिर 2017 में इनका ब्रेकअप हो गया था।
डायरेक्टर मुदस्सर अजीज भी उन लोगों में से थे जिनका सुष्मिता के साथ अफेयर रहा। इस रिश्ते से दोनों के परिवार वाले राजी नहीं थे, जिसके बाद उन्होंने सुष्मिता से ब्रेकअप कर लिया था।
आईपीएल के फाउंडर और मशहूर बिजनेसमैन ललित मोदी ने 2022 में सुष्मिता सेन के साथ रिलेशनशिप का खुलासा किया था। हालांकि फिर उनका ब्रेकअप हो गया था।
कहा जा रहा है कि इस समय सुष्मिता खुद से 16 साल छोटे रोहमन शॉल को डेट कर रही हैं। दोनों के अक्सर हाथों में हाथ डाले स्पॉट भी किया जाता है।