Les relacions extramatrimonials de Juan Carlos han estat de domini públic durant molts anys, incloent el coneixement de la reina Sofia, que va descobrir les múltiples infidelitats del seu espòs, en especial la seva relació clandestina amb Bárbara Rey. El matrimoni de l'exmonarca amb la reina Sofia, mare dels seus tres fills, va ser més una obligació que una elecció personal. Juan de Borbón, el pare de Juan Carlos, va posar fi al seu romanç amb Olghina de Robilant, i des d'aleshores, Juan Carlos va mantenir relacions amb Sofia principalment per assegurar la descendència i el futur de la monarquia espanyola. Tanmateix, els primers dos fills de la parella van ser filles, Elena i Cristina, la qual cosa va portar Juan Carlos a contemplar la modificació de la Constitució per fer de la seva primogènita l'hereva del tron.
Amadeo Martínez Inglés, un excoronel de l'exèrcit, ha afirmat que Juan Carlos ha tingut relacions amb més de 5,000 dones, una xifra que continua creixent malgrat la seva avançada edat de 85 anys i els seus problemes de mobilitat. Tanmateix, només tres dones van aconseguir establir un vincle més profund i estable amb ell: Bárbara Rey, Corinna Larsen i Marta Gayá. Moltes de les seves altres relacions van ser breus trobades, sovint amb prostitutes de luxe finançades amb fons dels Pressupostos Generals de l'Estat. A més, es creu que existeixen altres noms encara desconeguts.
Un dels romanços més polèmics va ser amb Sandra Mozarowsky, una jove actriu rossa d'ulls blaus, la carrera del qual es va veure truncada per un tràgic accident el 1977, just abans de complir 19 anys. Mozarowsky va néixer a Tànger de pare rus i mare espanyola, i la seva mort ha generat moltes especulacions a causa de les estranyes circumstàncies que la van envoltar.
L'escriptora Lucía Etxebarria ha subratllat la relació entre Joan Carles I i Sandra Mozarowsky, esmentant a les seves xarxes socials el suposat romanç entre ambdós i plantejant dubtes sobre la misteriosa mort de l'actriu. Encara que la investigació oficial va concloure que va ser un suïcidi, la desaparició de l'autòpsia ha avivat les teories conspiradores. La policia va determinar que Sandra va caure des del quart pis de la seva residència a Madrid, qualificant l'incident com una "mort provocada i desitjada". No obstant això, la família de Mozarowsky mai no va acceptar la idea que ella s'hagués suïcidat.
Sandra Mozarowsky estava embarassada, i podia ser de Juan Carlos
Si la relació entre Juan Carlos i Sandra realment va existir, aquesta s'hauria interromput de manera abrupta quan Sandra va caure des del balcó del seu apartament al carrer Barquillo de Madrid. Tenia 18 anys i estava embarassada de cinc mesos en aquell moment. La caiguda li va causar un sever traumatisme cranial, i va morir després de passar 22 dies a l'UCI.
La família de Sandra Mozarowsky no dona suport a la teoria del suïcidi, encara que admeten que ella estava passant un moment difícil. Havia acabat la seva relació amb un actor mexicà i estava considerant abandonar la seva carrera com a actriu a causa que només aconseguia papers que explotaven la seva aparença física. Durant aquest temps, s'afirma que era amant de Juan Carlos. Alguns afirmen que l'exmonarca va ser present a l'apartament de Sandra la nit en què ella "va caure" del balcó. Segons aquestes versions, aquella mateixa nit, ella li hauria confessat al rei que estava embarassada i que ell podria ser el pare. Posteriorment, es diu que Juan Carlos va enviar a un amic de confiança a parlar amb ella, després de la qual cosa no es va tenir més informació sobre el succeït.
Aquestes històries han alimentat nombroses conjectures i rumors sobre el paper de Juan Carlos en la vida i mort de Sandra Mozarowsky, afegint-se a la ja extensa llista de controvèrsies que envolten la vida de l'exmonarca.