Вместе с третьим мужем — актером Гелой Месхи — Екатерина Климова воспитывает четверых детей. Общая дочь пары Белла появилась на свет осенью 2015 года. Старшую дочь Елизавету актриса родила от первого мужа, ювелира Ильи Хорошилова, а сыновей Корнея и Матвея — от актера Игоря Петренко в 2006 и 2008 годах, однако этот брак не принес Климовой счастья.
Впрочем, несмотря на расставание, бывшие супруги остались в хороших отношениях. Как выяснилось, Корней и Матвей неплохо ладят с новой женой отца — Кристиной Бродской.