儿子
长子 戾太子刘据,母皇后卫子夫,其孙刘询后为汉宣帝.
次子 齐怀王刘闳,母王夫人,元狩六年立,18岁驾薨.
三子 燕剌王刘旦, 母李姬.
四子 广陵厉王刘胥（与刘闳、刘旦同日封王）.
五子 昌邑哀王刘髆, 母李夫人,天汉四年立（其子是汉废帝刘贺,当过27天皇帝）.[127]
六子 汉昭帝刘弗（又名刘弗陵）,母钩弋夫人赵婕妤,在位十三年,21岁驾崩.[125]
女儿
由于历史记载不详,刘彻之女未有明确排序,而且很可能部分帝女未曾史书留名.（比如汉景帝时期只记载了刘彻三个同母姐妹,文帝时期只记载了馆陶公主和绛公主）
长女 卫长公主（当利公主）,是汉武帝和卫皇后的长女,也是汉武帝最喜欢的女儿.汉武帝为求长生不老,派人到处寻访方士.最著名的方士栾大,被封为五利将军、天道将军、地道将军、乐通侯,“赐列侯甲第,僮千人、乘舆斥车马帷帐器物以充其家”,汉武帝还将卫长公主嫁给了他（卫长公主原先嫁给曹寿的儿子平阳侯曹襄,因为丈夫早死,再嫁栾大）,后来武帝发现栾大是个骗子,怒火中烧,派人把栾大活活烧死,以泻心头之恨.从此卫长公主再无事迹见于史料.只知道她的儿子曹宗可能在“巫蛊之祸”中遇害身亡（因史料记载有出入,也有说曹宗未被牵连的）,汉宣帝时她的孙子曹喜恢复了列侯爵位,这个爵位一直延续到东汉.
鄂邑长公主（盖长公主）,生母不详,刘彻去世后因抚养汉昭帝被封长公主,与燕王刘旦、上官桀、上官安及桑弘羊等合谋诛除霍光,事发后自杀.
诸邑公主,史记索隐称其母为卫子夫,死于巫蛊之祸.
石邑公主,史记索隐称其母为卫子夫,生卒年不详.
阳石公主（德邑公主）,生母不详,死于巫蛊之祸.
夷安公主,生母不详,嫁汉武帝姊妹隆虑公主之子昭平君,后昭平君因杀人犯法而被处死.
