Lyudmila bertemu dengan Vladimir Putin di Leningrad.[3] Mereka menikah pada 28 Juli 1983;[7] pasangan tersebut memiliki dua anak, Maria (kelahiran 1985) dan Yekaterina (Katja) (kelahiran 1986 di Dresden, Jerman Timur). Anak-anaknya dimasukkan ke Sekolah Jerman di Moskow (Deutsche Schule Moskau) sampai pelantikan Putin sebagai Perdana Menteri pada 1999. Foto-foto mereka tidak dipublikasikan oleh media Rusia, dan tidak ada potret keluarga yang pernah ditampilkan.[8]
Pada 6 Juni 2013, Lyudmila dan suaminya secara publik mengumumkan perceraian mereka.[9] Pengumuman perceraian tersebut dibuat di depan kamera untuk media berita Rusia di Istana Kremlin, pada tahun-tahun terakhir spekulasi mengenai hubungan mereka. Pada April 2014, Kremlin mengkonfirmasikan bahwa hubungan mereka telah berakhir.[10]