Mối lương duyên giữa Mai Tài Phến và Mỹ Tâm bắt đầu từ MV Đừng hỏi em, thực hiện năm 2017. Chia sẻ trong một bài phỏng vấn, Mai Tài Phến từng cho biết, nhờ thành công của MV Em gái mưa hợp tác với Hương Tràm, Mai Tài Phến là cái tên đầu tiên mà êkíp của Mỹ Tâm nghĩ đến khi tìm diễn viên cho Đừng hỏi em. Tuy nhiên, khi vừa nhìn ảnh Mai Tài Phến, nữ ca sĩ đã gạt đi vì cho rằng anh còn quá trẻ. Những tưởng đã không còn cơ hội hợp tác với Mỹ Tâm nhưng hai ngày trước khi MV khởi quay, Mai Tài Phến nhận thông báo anh là người được ca sĩ chọn sau khi xem xét rất kỹ background cũng như profile diễn xuất của 20 diễn viên lọt vào vòng cuối.
Mai Tài Phến kể lần đầu tiên gặp Mỹ Tâm ở phim trường MV Đừng hỏi em, cô sửng sốt thốt lên "Trời ơi, cậu này trẻ quá". Trong khi đó, chàng diễn viên sinh năm 1991 cảm thấy rất ngượng ngùng khi đối diện với thần tượng bấy lâu. Anh không dám đứng gần và cũng chẳng dám nói chuyện với Mỹ Tâm. Được đạo diễn động viên nên nói chuyện nhiều với ca sĩ để hiểu cảm xúc và dễ tương tác khi đóng nhưng Mai Tài Phến cũng chỉ biết đi qua đi lại mà không dám mở lời. Chỉ đến khi hoàn thành phân đoạn đầu, cả hai mới bắt đầu trò chuyện. Biết Mai Tài Phến ngại, Mỹ Tâm đã chủ động bắt chuyện.
MV sau đó thu hút hàng triệu lượt xem trên YouTube, trở thành hiện tượng lúc bấy giờ. Mỹ Tâm và Mai Tài Phến cũng được khen đẹp đôi, thường xuyên song hành trong các sự kiện. Từ đó, Mai Tài Phến thường gọi ca sĩ là "cô Út".
Sau thành công của MV Đừng hỏi em, Mỹ Tâm tiếp tục mời Mai Tài Phến đóng vai chính trong phim Chị trợ lý của anh do cô làm đạo diễn kiêm biên kịch và diễn viên chính. Hai người vào vai cặp "oan gia ngõ hẹp" rồi yêu nhau lúc nào không hay. Bất chấp việc Mai Tài Phến bị chê trong phim điện ảnh Em gái mưa, Mỹ Tâm vẫn chọn chàng trai này đóng cặp. Cô tin tưởng vào tài năng của anh cùng con mắt nhìn người của mình.
Sự kết hợp ngọt ngào của Mỹ Tâm và Mai Tài Phến ở những cảnh lãng mạn trong Chị trợ lý của anh cũng như hậu trường làm dấy lên nghi vấn cặp đôi "phim giả tình thật". Khi được báo chí quan tâm, Mỹ Tâm bỏ ngỏ khả năng có tình cảm với diễn viên và cho biết thấy anh đáng yêu. Cô cho rằng hai người dính với nhau suốt thời gian truyền thông cho phim nên việc bị đồn không phải là điều khó hiểu.
Nghi vấn Mỹ Tâm và Mai Tài Phến "phim giả tình thật" lớn dần sau mỗi sự kiện có sự xuất hiện của cả hai. Khi song hành tại những buổi giới thiệu Chị trợ lý của anh, họ thoải mái dành cho nhau những cử chỉ tình tứ.
Tháng 6/2019, một trang báo mạng tung ra hình ảnh chụp lén Mỹ Tâm song hành với Mai Tài Phến trên hành trình đi diễn ở nhiều tỉnh thành. Trong một số video, Mai Tài Phến đặt tay lên đùi Mỹ Tâm khi ngồi cạnh nhau trên máy bay. Ca sĩ cũng trìu mến nựng má chàng diễn viên kém mình 10 tuổi. Những hình ảnh này nhanh chóng được lan truyền, làm dấy lên tin đồn Mỹ Tâm và Mai Tài Phến đang yêu nhau. Nữ ca sĩ sau đó tổ chức buổi gặp gỡ truyền thông nhưng không lên tiếng cụ thể về chuyện tình cảm. "Chuyện tôi yêu ai là điều không ai biết được. Vì thế, tôi không muốn trả lời về chuyện tình cảm", cô nói. Ca sĩ còn nựng má Mai Tài Phến trước ống kính, nói hai người thường đồng hành từ Noel 2018 và cảm thấy vui, phần nào giảm stress công việc khi đi chung.
Sau lần ồn ào tình cảm, Mai Tài Phến dần sống kín tiếng, ít tham gia các sự kiện showbiz. Anh và Mỹ Tâm ít xuất hiện tại các sự kiện công khai, chỉ cùng tụ họp với bạn bè thân thiết.
Mai Tài Phến sánh đôi Mỹ Tâm trong sinh nhật của cô tổ chức đầu năm 2023.
Mỹ Tâm cũng lặng lẽ ủng hộ Mai Tài Phến khi có mặt tại buổi họp báo ra mắt phim "Đất rừng Phương Nam" và dành cho anh cái ôm động viên.
Mai Tài Phến thường xuyên được bắt gặp đi cùng gia đình Mỹ Tâm vào các dịp lễ, Tết. Khi theo dõi concert 'See The Light' của ca sĩ, anh cũng đứng cùng khu với gia đình cô.
Cuối tháng 12/2025, Mỹ Tâm công bố dự án điện ảnh 'Tài' do cô làm nhà sản xuất và Mai Tài Phến làm đạo diễn. Diễn viên cho biết anh nhận được sự giúp đỡ rất lớn từ Mỹ Tâm cũng như êkíp. "Có rất nhiều điều khó khăn nhưng đó cũng là động lực để tôi cố gắng và cảm thấy rất 'đã' khi chinh phục được. Chúng tôi chỉ mong đem đến cho khán giả một bộ phim nhiều cảm xúc, nhiều ấn tượng và có chất lượng", diễn viên nói.
Trong buổi họp báo phim 'Tài' hôm 3/2, Mỹ Tâm và Mai Tài Phến thoải mái dắt tay nhau tình tứ dự sự kiện. Mỹ Tâm hết lời khen Mai Tài Phến trong lần đầu diễn viên quê Bạc Liêu thử sức với vai trò đạo diễn. Cô đánh giá cao kịch bản và tài chỉ đạo diễn xuất, chọn bối cảnh, góc quay của Mai Tài Phến. Kể về những lần tranh cãi nảy lửa trên phim trường, Mai Tài Phến cho biết đã có lúc anh tưởng mối quan hệ của mình và Mỹ Tâm tan vỡ vì mâu thuẫn quan điểm nhưng rồi dần dung hòa, tìm được tiếng nói chung. Bộ phim của hai người sẽ ra mắt vào tháng 3/2026.
Mỹ Tâm - Mai Tài Phến khi dự showcase
