Екатерина Климова родила старшую дочь, Елизавету, в 2002 году, когда была в браке с ювелиром Ильей Хорошиловым. Их знакомство началось еще в школе, они поженились после того, как Климова закончила театральное училище, но развелись, когда их дочери было всего два года.
На тот момент Екатерина только начинала свою карьеру и часто была занята, поэтому помощь в воспитании Елизаветы оказывала ее бабушка, Светлана Владимировна. Вспоминая это время, актриса говорила о своей неопытности и молодости, что мешало им налаживать тесные отношения.
Елизавета закончила Ломоносовскую частную школу и поступила на факультет журналистики МГУ в 2020 году. Она училась в музыкальной школе, занималась большим теннисом и играла в театральном кружке, а также активно помогала в воспитании своих младших братьев и сестер.
Матвея и Корнея, сыновей Екатерины, она родила от второго мужа, актера Игоря Петренко, в 2006 и 2008 годах соответственно. Оба мальчика проявляют интерес к различным видам творчества и обучаются в Ломоносовской школе. Матвей поступил в Театральную школу Олега Табакова, а Корней увлекается фотографией и созданием видеороликов.
В 2015 году Климова вышла замуж за актера Гелу Месхи, от которого у них родилась дочь, Изабелла, в том же году. Но их брак закончился разводом в 2019 году.
Белла ходит в театральную студию, занимается фигурным катанием, любит петь и танцевать. Ее, как и старших детей, отдали в Ломоносовскую школу. Гела говорил, что девочка хочет стать артисткой. «Она же видит, как хорошо, по-доброму относятся незнакомые люди к маме, к папе. Вот и заявляет: «Папа, я буду самой лучшей актрисой!» Об этом Гела рассказывал в интервью порталу «7 дней».
Климова отмечала, что ее дети дружны между собой, и у них отсутствует чувство ревности. «В многодетной семье таких проблем нет. Такое случается, видимо, в тех семьях, где один ребенок, два… Если у Лизы и были ко мне первоначально какие-то претензии и обиды, то сейчас она старше, у нее другое представление обо всем. Пацаны же очень дружны, у них друг с другом неразрывная связь», – говорила она.
