Кэти связывали близкие отношения с Трэвисом МакКойем, фронтмэном группы «Gym Class Heroes». В 2008 году Перри познакомилась с Расселом Брэндом, именно ему она подарила свой поцелуй в эпизоде из фильма «Get Him to the Greek».

Кэти и Рассел начали встречаться спустя год после первого знакомства. Для помолвки и свадьбы пара выбрала экзотическую Индию, именно там прошла свадебная церемония в октябре 2010 года. Медовый месяц пара провела на Мальдивах, правда не обошлось без неприятного инцидента.

Кэти планировала принять двойное гражданство и восторгалась мужем, считая, что Рассел будет идеальным отцом. Однако в апреле 2011 года появились сообщения, что Кэти устала от напряженности в их семье и собирается развестись с Брэндом.

30 декабря 2011 года Рассел Брэнд подал документы на развод, указав в причине «непреодолимые разногласия».