長子成帝劉驁，次子定陶恭王劉康，三子中山孝王劉興。
成帝無後，定陶恭王生哀帝劉欣(公元前27-前1)，中山孝王生平帝劉衎（公元前9年－公元5年）。
成、哀、平三帝均無子女，導致元帝一脈絕嗣。
元帝生二女：
長女平陽公主，嫁汝陰侯夏侯頗（夏侯嬰曾孫）。夏侯頗尚平陽公主，元光元年嗣侯，元鼎二年因與父侍婢通姦獲罪自殺，國除。
次女穎邑公主。
