Mjesec dana nakon što je Aniston podnijela zahtjev za razvod braka, u travnju 2005., nekoliko paparazzi fotografija je potvrdilo glasine o vezi između Pitta i Angeline Jolie. Fotografije, koje su navodno prodane za 500 tisuća dolara, prikazale su Pitta, Jolie i njezina sina Maddoxa na plaži u Keniji. Tijekom ljeta par je viđan sve češće, a tabloidi su ih nazvali "Brangelina". Dva mjeseca poslije, u srpanjskom izdanju časopisa W su izašle fotografije Pitta i Jolie kao para. Istog mjeseca Pitt se pridružio Jolie u Etiopiji, gdje je Jolie posvojila svoje drugo dijete, šestomjesečnu djevojčicu Zaharu. Kasnije je izjavila kako ona i Pitt namjeravaju usvojiti dijete zajedno. U prosincu iste godine je potvrđeno kako Pitt traži pravno posvajanje Joliene dvoje djece kao svoje. Kalifornijski sudac je 19. siječnja 2006. odobrio zahtjev, a djeca su dobila prezime "Jolie-Pitt". Tijekom dobrotvornog putovanja na Haiti s Wyclefom Jeanom, počele su kružiti glasine kako je Jolie trudna. Jolie je 11. siječnja 2006. potvrdila za časopis People kako čeka Pittovo dijete. 27. svibnja 2006. je rodila kćer, Shiloh Nouvel Jolie-Pitt. Par se vjenčao 23. kolovoza 2014 godine. Kasnije su dobili i zajedničke blizance Knoxa i Vivianne.