Στις 19 Ιουλίου του 1966 η 21χρονη ηθοποιός και ο 50χρονος τραγουδιστής αντάλλαξαν όρκους αιώνιας αγάπης. Δύο χρόνια μετά ο Sinatra της ζήτησε διαζύγιο μπροστά στους συνεργάτες του επειδή η Mia ενώ αρχικά είχε συμφωνήσει να εμφανιστεί στην ταινία "The Detective" έκανε πίσω λόγω των υποχρεώσεών της με την ταινία "Rosemary's Baby".
Σε συνέντευξη της πριν από λίγες ημέρες στο Vanity Fair αποκάλυψε ότι δε χώρισαν ποτέ πραγματικά ενώ στην ερώτηση αν ο γιος της Ronan θα μπορούσε να είναι του Sinatra εκείνη απάντησε "ενδεχομένως".
