Vaine seurusteli noin kuuden vuoden ajan näyttelijä [[Iina Kuustonen|Iina Kuustosen]] kanssa. He erosivat toukokuussa 2013.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = http://www.iltasanomat.fi/viihde/art-1288566186489.html | Nimeke = Ero: Iina Kuustosen pitkä avoliitto on ohi | Ajankohta = | Viitattu = 6.11.2013}}</ref> Vaine oli kihloissa elokuusta 2016 syksyyn 2017 avopuolisonsa, [[Intersukupuolisuus|intersukupuoliseksi]] itsensä kertoneen Laura Allosen kanssa. Nykyään Vaine seurustelee näyttelijäkollegansa Sanni Haahdenmaan kanssa.<ref>{{Verkkoviite|osoite=http://www.iltalehti.fi/viihde/2016082122204724_vi.shtml|nimeke=Näyttelijä Kai Vaine ja tanssija Laura Allonen: Kihlat!| Julkaisu = Iltalehti.fi | Tekijä = Tähtivaara, Sarianne | ajankohta = 21.8.2016 | viitattu=2016-08-22|ietf-kielikoodi=fi-FI}}</ref><ref>{{Verkkoviite|osoite=https://www.is.fi/viihde/art-2000005426762.html|nimeke=Näyttelijä Kai Vaineen tanssijakihlattu Laura Allonen avautuu yllättäen: ”Olen intersukupuolinen”|julkaisu=Ilta-Sanomat|ajankohta=2017-10-27|viitattu=2017-10-28|ietf-kielikoodi=fi-FI}}</ref><ref>{{Verkkoviite|osoite=http://www.iltalehti.fi/viihdeuutiset/201801102200659623_vd.shtml|nimeke=Seiska: Häitä ei tullutkaan - näyttelijä Kai Vaine erosi tanssijakihlatustaan Laura Allosesta|viitattu=2018-01-11|ietf-kielikoodi=fi-FI}}</ref> Nykyään Vaine seurustelee näyttelijäkollegansa Sanni Haahdenmaan kanssa.<ref>{{Verkkoviite | Osoite = https://anna.fi/ihmiset-ja-suhteet/julkkikset/kai-vaine-rakastui-nayttelijakollegaansa-olen-viimein-loytanyt-etsimani | Nimeke = Kai Vaine rakastui näyttelijäkollegaansa: ”Olen viimein löytänyt etsimäni”| Tekijä = Sainio, Piia| Ajankohta = 5.3.2018 | Julkaisu = Anna-lehti| Viitattu = 17.3.2018 }}</ref><ref>{{Verkkoviite | Osoite = https://www.tamperelainen.fi/artikkeli/602358-romanssi-uusi-paiva-sarjan-kulisseissa-seiska-kai-vaine-loysi-uuden-parin | Nimeke = Romanssi Uusi Päivä-sarjan kulisseissa – Seiska: Kai Vaine löysi uuden parin vastanäyttelijästään | Tekijä = Ruissalo, Pekka | Ajankohta = 25.1.2018 | Julkaisu = Tamperelainen| Viitattu = 17.3.2018 }}</ref>
