汉武帝生有六子五女：
长子戾太子刘据：公元前128——前91年。母皇后卫子夫。元狩元年(公元前122年)立为太子。元鼎四年娶史良娣，生子刘进(即史皇孙)。武帝末年，江充用事。江充因事与太子有怨，害怕太子即位后被杀，即借当时有人为巫蛊诅咒汉武帝之事，诬陷太子为巫蛊。刘据怒而矫诏斩江充，与丞相刘屈氂战于长安。后战败，逃至湖县。被捕役发现围捕，自杀。后谥为“戾”。
次子齐怀王刘闳：?——前110年。母为王夫人。元狩六年封为齐王。死后无子，国除。
三子燕刺王刘旦：?——前80年。母为李姬。元狩六年封为燕王。为人辩略，博学经书杂说，好星历数术、倡优射猎，招致游士。戾太子死后，上书求入京，谋求立为太子，被削三县。汉武帝死后，昭帝即位，他与宗室刘长、刘泽及大臣上官桀、桑弘羊等谋夺帝位，失败，自杀。其子刘建，汉昭帝元凤元年(公元前80年)因其父燕王刘旦以谋反罪被迫自杀，他被废为庶人，六年后，汉宣帝即位，立他为广阳王，在位二十九年，死于公元前44年。刘建曾孙刘嘉于哀帝建平四年(公元前3年)嗣封为广阳王，王莽执政后废黜汉所立的诸侯王，而刘嘉因向王莽献符命，被封为扶美侯，赐姓王氏，为人所不耻。
第四子广陵王刘胥：?——前54年。母为李姬。元狩六年封为广陵王。刘胥力大，能找鼎，空手搏熊彘猛兽，好倡乐游逸。汉昭帝即位后，觊觎帝位，使女巫祝诅。宣帝即位后，又与楚王刘延寿私通书信。后谋叛之事被发觉，又药杀当事人二十余人灭口，被朝廷追穷治罪，自杀，国除。其子刘霸，汉宣帝五凤四年(公元前54年)因其父谋反牵连被废为庶人。汉元帝初元二年(公元前47年)立他为广陵王，元于公元前34年。刘胥其他几子刘圣、刘曾、刘宝、刘昌在汉宣帝即位后均封为列侯，幼子刘弘封高密王。
第五子刘髆：?——前88年。母为李夫人。天汉四年(公元前97年)封昌邑王。后元元年病死。子刘贺始元元年(公元前86年)嗣封昌邑王。在位十三年后，汉昭帝病死无子，大将军霍光迎立刘贺为帝，即位二十七日，以行淫乱故，被霍光及群臣废黜，驱归故国，赐汤沐邑二千户，国除，昌邑国改置为山阳郡。汉宣帝元康三年(公元前63年)，复封刘贺为海昏侯，封国豫章。后因与故太守卒史勾结往来，被削户三千，死后国除。刘贺子刘代宗，在其父被废后十年，封为海昏侯，后因豫章太守奏请不应立嗣，国除。汉元帝即位后，复封其子孙为海昏侯，并传爵至子孙，至东汉初仍为侯。
长女鄂邑公主(盖长公主)：?——前80年。嫁给盖侯王充。后因谋反被杀。
次女卫长公主：母为皇后卫子夫。公元前113年嫁给五利将军栾大。栾大于公元前112年被腰斩。
三女阳石公主：?——前91年。母为皇后卫子夫。在巫蛊案中被牵连为汉武帝所杀。
四女诸邑公主：?——前91年。母为皇后卫子夫。在巫蛊案中被牵连为汉武帝所杀。
五女夷安公主：嫁给昭平君。