长子成帝刘骜，次子定陶恭王刘康，三子中山孝王刘兴。
成帝无后，定陶恭王生哀帝刘欣(公元前27-前1)，中山孝王生平帝刘衎（公元前9年－公元5年）。
成、哀、平三帝均无子女，导致元帝一脉绝嗣。
元帝生二女：
长女平阳公主，嫁汝阴侯夏侯颇（夏侯婴曾孙）。夏侯颇尚平阳公主，元光元年嗣侯，元鼎二年因与父侍婢通奸获罪自杀，国除。
次女颖邑公主。
