5. december 1695 blev Frederik (4) gift med Louise af Mecklenburg-Güstrow. De blev gift på Københavns Slot, der ligger samme sted, som Christiansborg Slot ligger i dag.

Det var ikke nogen stor kongelig romance, der førte Louise og Frederik (4.) sammen. Frederik (4.) var blevet sendt på rundrejse i Tyskland for at finde sig en hustru, men han nåede kun at besøge det lille hof i Güstrow, inden turen blev afbrudt i utide. Kronprinsen måtte derfor i al hast vælge en af de fire giftefærdige døtre i Güstrow, inden han rejste hjem. Han valgte den fire år ældre Louise. Ifølge kilderne var hans begrundelse, at hun virkede mindre besværlig end de tre andre. Hun ville volde ham mindst mulig ”Unruhe und Molestie”.  

Kongelige ægteskaber var et vigtig politisk redskab på dette tidspunkt og en af parrets vigtigste pligter at producere retmæssige arvinger. I 1697 fødte Louise parrets første barn, der dog døde inden den lille prins blev et år gammel. 25. august 1699 blev parret salvet til konge og dronning af Danmark og Norge, og ca. 3 måneder efter, 30. november, fødte dronningen endnu søn - den senere Christian 6. 

Parret fik i alt 5 børn, hvoraf kun to overlevede til voksenalderen. Ægteskabet var præget af Frederik 4.s mange affærer, hvilket Dronning Louise led stærkt under og gav anledning til ubehagelige scener ved hoffet.

Frederik 4. giftede sig med sin elskerinde Elisabeth Helene von Vieregg i 1703.  

Hun var datter af den preussiske gesandt i København, og fra 1699 var hun hofdame for Frederik 4.s søster, Prinsesse Sophie Hedevig. Frederik 4. fik hurtigt et godt øje til hende og inden længe havde de to indledt et forhold, og i 1703 blev de hemmeligt gift til venstre hånd. Samtidig blev hun ophøjet til grevinde og fik overdraget Antvorskov Gods.

18. juni 1704 fødte Elisabeth Helene von Vieregg en søn, der fik navnet Frederik Gyldenløve. Men fødslen var ikke nem, og hun døde 9 dage på grund af komplikationer i forbindelse med fødslen. Hun blev blot 25 år gammel.

Ved begravelsen af Elisabeth Hele von Vieregg beordrede Frederik 4. at klokkerne skulle ringe i to timer fra tre af byens kirker. Den lille søn - Frederik Gyldenløve - døde året efter blot ni måneder gammel, og han blev begravet sammen med Elisabeth Helene von Vieregg i Vor Frelser Kirke på Christianshavn.

I 1712 giftede Frederik 4. sig offentligt med Anne Sophie Reventlow til venstre hånd.

Frederik 4. og Anna Sophie Reventlow mødte hinanden første gang ved et maskebal på Koldinghus i 1711. Her var luften nemlig ”ren” og ikke forpestet som i hovedstaden, hvor pesten rasede. Opholdet på Koldinghus blev forsødet med festlige arrangementer, som f.eks. tidens populære maskerade, hvor man skjult bag en halvmaske kunne flirte lidt med det modsatte køn.

Midt i mylderet fik Frederik 4. øje på den unge Anna Sophie Reventlow, datter af storkansler Conrad Reventlow, og et bemærkelsesværdigt kapitel i Danmarkshistorien tog sin begyndelse. Kongen blev dybt betaget af den 18-årige komtesse, der ikke var afvisende overfor Kongen. Men i følge samtidige kilder var hendes mor ikke indstillet på, at datteren skulle være Kongens elskerinde, så mere blev det ikke til i første omgang. 
 
Sommeren efter var Frederik 4. dog mere stålsat, da han aflagde visit hos Anna Sophie og hendes mor på Clausholm Slot. Opmuntret af Anna Sophies halvsøskende, der nok kunne se fidusen i at få lillesøsteren kørt i stilling som kongelig maitresse, blev Frederik 4. overbevist om, at Anna Sophie skulle blive hans. Hvilket den unge komtesse øjensynlig heller ikke modsatte sig. Med hjælp fra familien Reventlows tjenestefolk, der blev rundhåndet belønnet, fik han Anna Sophie ud ad et vindue på Clausholm og med retur. Da Anna Sophie steg ud af vognen i Skanderborg efter en lang natlig rejse, udnævnte Frederik 4. hende til hertuginde af Slesvig. Dermed var hun ikke længere bare adelig, men fyrstelig, og samme nat, den 26. juni 1712, giftede parret sig til venstre hånd. 

Den 15. marts 1721 døde Dronning Louise, og det er synd at sige, at hun efterlod en ægtemand knuget af sorg. Bisættelsen fandt sted 3. april, og dagen efter lod Frederik 4. sig vie til Anne Sophie Reventlow igen – denne gang til højre hånd. Senere samme år blev Anna Sophie salvet til dronning. Ægteskabet skabte dog splid i kongefamilien, blandt andet fordi kronprinsen ikke var begejstret for sin fars kvindeglade karakter. Da Frederik 4. døde i 1730, blev Dronning Anna Sophie forvist fra hoffet. 

Frederik 4. var den sidste konge, der anvendte Rosenborg Slot, og han er blandt andet kendt for, at det var i hans regeringstid der blev indført organiseret undervisning for danske børn. Fra 1720 og frem fik han nemlig opført intet mindre end 240 almueskoler, der skulle oplære børn i kristendommen og give dem respekt for konge og fædreland. 

Han indførte også ugentlige audienser, hvor enhver kunne forelægge sine ønsker eller klagemål for kongen – en tradition, der fortsætter den dag i dag. Frederik 4.  viste også interesse for kirkens missionsvirksomhed, og i 1721 indledte han Grønlandsmissionen, der med Hans Egede i spidsen blev begyndelsen på Danmarks kolonisering af Grønland. 

Frederik 4.s regeringstid var i høj grad præget af krigen kaldet Den Store Nordiske Krig, der varede fra 1709-1720. Her forsøgte Frederik 4. at vinde nogle af de tidligere tabte områder i Sverige tilbage, hvilket dog ikke lykkedes. Ikke desto mindre var Danmark i sidste ende på den vindende side af krigen, og Frederik 4. kunne derfor i 1720 indlejre de gottorpske dele af Slesvig under sig. Krigen blev et stort nederlag til arvefjenden Sverige, der måtte give afkald på alle sine baltiske besiddelser, et stykke af Finland og desuden mistede sin gamle toldfrihed i Øresund.

Krigen endte med officielt Frederiksborgfreden i 1720, hvor fredsaftalen blev underskrevet på Frederiksborg slot 3. juni.  

Fredensborg Slot, som blev bygget efter krigen, er opkaldt efter fredsslutningen mellem Danmark og Sverige, der afsluttede den store nordiske krig.