На картинке: Екатерина Климова и Игорь Петренко.

Второй муж — актёр театра и кино Игорь Петренко, учился в «Щепке» на курс младше. Роман с Петренко у Екатерины начался в 2003 году, когда их обоих пригласили на съёмки сериала «Лучший город Земли». По сценарию у Климовой и Петренко был серьезный роман, который закончился свадьбой. В жизни случилось так же. Климова и Петренко, играя любовь в кадре, влюбились друг в друга, но после окончания съемок каждый вернулся к своим вторым половинам. 
Пара поженилась 31 декабря 2004 года. Прожили почти 10 лет, брак фактически распался летом 2013 года. 10 июля 2014 года Тверской районный суд города Москвы оформил развод. От этого брака Екатерина имеет двоих сыновей: Матвея Петренко (род. 2006) и Корнея Петренко (род. 2008). С ноября 2013 года Екатерина с детьми живёт в коттеджном посёлке Павлово по Новорижскому шоссе в Подмосковье. Впоследствии бывший супруг сохранил за ней и московскую квартиру.