Eleonora morì di parto il 10 agosto 1545 e con essa il bimbo. Girolamo sposò in seconde nozze nel 1552 Margherita Martinengo della Mottella.
Eleonora Gonzaga nell'arte
Nel gennaio 1543 il pittore bresciano Alessandro Bonvicino, detto il Moretto, venne chiamato dalla famiglia Martinengo affinché ritraesse prima il giovane Girolamo,[1] futuro sposo di Eleonora, e dopo le nozze la Gonzaga in due distinti ritratti, che sarebbero stati collocati uno a fianco dell'altro.[1] Il presunto Ritratto di Eleonora Gonzaga,[5] recentemente (2023) riscoperto, si trova nella National Gallery of Art di Washington, mentre il Ritratto di Girolamo Martinengo di Padernello[6] è visibile nel Museo Lechi di Montichiari.[1]