10 августа 2003, когда Маленченко находился на борту МКС, состоялась заочная свадьба российского космонавта и гражданки США российского происхождения Екатерины Дмитриевой.

Маленченко познакомился с будущей женой в Хьюстоне, штат Техас, где проходил тренировки. Екатерина эмигрировала в США из СССР вместе с родителями, когда ей было всего 4 года. Она примерно на 15 лет моложе своего супруга. Мать невесты работает в НАСА специалистом по орбитальным программам, отец преподает в одном из университетов штата Техас. Предложение невесте российский космонавт сделал за четыре месяца до полёта, назначенного на апрель 2003. Свадьбу решили провести в августе, после возвращения Юрия на Землю.

Однако уже находясь на борту МКС, Юрий Маленченко и Эдвард Лу получили уведомление из Центра управления полётами, что их космическая командировка продлевается до 28 октября 2003 года. И тогда Маленченко решил не тянуть с женитьбой, о чём уведомил ЦУПы России и США (по некоторым сведениям, на этом настояла невеста).

По законам штата Техас регистрация брака допустима в случае отсутствия жениха по уважительной причине. Руководство НАСА пошло даже на то, чтобы провести церемонию регистрации брака в своём ЦУПе. А вот в России намерение Юрия не одобрили.

Командующий ВВС России генерал-полковник Владимир Михайлов сослался на то, что действующий российский офицер, имеющий доступ к государственным секретам, обязан сначала получить разрешение на брак с гражданкой другого государства, причём сделать это можно только на земле. Он заявил: «Мы не запрещаем ему это делать, но он должен вести себя как космонавт, а не как кинозвезда».

Маленченко вроде бы сначала пообещал отложить свадьбу до возвращения на Землю, и всё же свадьба состоялась в космосе.

В день свадьбы 10 августа 2003 года жених и невеста, глядя друг на друга через экраны мониторов, сами надели себе обручальные кольца. Свидетелем со стороны жениха стал Эдвард Лу. Обручальное кольцо для жениха и галстуки-бабочки для него и свидетеля были доставлены на орбиту в посылке грузовым кораблём «Прогресс». Марш Мендельсона на синтезаторе исполнил свидетель.

В США вокруг первой космической свадьбы был большой ажиотаж. Шикарное розовое свадебное платье Екатерине сшили в самом престижном салоне Хьюстона. Обручальное кольцо — такое же, как и у Маленченко — оказалось очень символичным: разбросанные на золоте драгоценные камни изображают все планеты Солнечной системы, а также Солнце и саму МКС. Документы о заключении брака вместо Маленченко подписал в Центре управления полетами в Хьюстоне уполномоченный российским космонавтом американский адвокат.

Знаменательное событие Екатерина вместе с родственниками и друзьями отпраздновала в итальянском ресторане «Вилла Капри» городка Клиэр Лейк недалеко от Хьюстона, где все любопытные получили возможность сфотографировать новобрачную со сделанной в полный рост фанерной копией Маленченко.

После свадьбы появились сообщения о том, что НАСА и Росавиакосмос собираются включить в контракт, который заключают все космонавты, пункт о запрете подобных свадебных церемоний.

У Юрия Маленченко есть сын Дмитрий.