В отличие от сестры Татьяны, за плечами Ольги не много романов. Единственное, что было замечено – отношения с красавцем из Театра киноактера Вахтангом Беридзе. Выпускник Питерской государственной академии театрального искусства очаровал Ольгу практически мгновенно.
Пара тайно, не привлекая внимание общественности, поженилась. На церемонии присутствовали только самые близкие. Кстати, свадьба была впопыхах. Ольга попросила на торжественный день выходной, а на следующий уже вышла на работу.
Пара разошлась в 2015 году. 9 сентября Арнтгольц подала заявление на развод и раздел имущества в один из районных судов Москвы. Наследница артистов осталась жить с матерью. В окружении Ольги и Вахтанга рассказывали о том, что они пытались сохранить семью ради дочери, но не смогли.
На съемках сериала "Офицерские жены" актриса познакомилась с известным режиссером Дмитрием Петрунь. Коллега Артнгольц, актриса Анна Вертинская, рассказывала журналистам, что Дмитрий сразу же выделил Ольгу из числа других и окружил ее заботой и вниманием. Часть сцен телепроекта снималась на Украине во время Майдана, поэтому в целях безопасности Петрунь и Арнтгольц проводили много времени вместе. У них закрутился роман и уже аконце 2016 года Ольга родила ему сына Акима.
Сам Дмитрий не отрицает, что у него завязался роман с одной из близняшеко Арнтгольц. Но дельться подробностями и планами о свадьбе пока не готов. Кстати, у Дмитрия тоже есть ребенок от предыдущего брака – он был женат на актрисе Ольге Красько, у них подростает дочь Олеся.
