有史可查的是六子五女。

長子 戾太子劉據，母皇后衛子夫。

次子 齊懷王劉閎，母王夫人，元狩六年立，18歲駕薨。

三子 燕剌王劉旦， 母李姬。

四子 廣陵厲王劉胥（與劉閎、劉旦同日封王）。

五子 昌邑哀王劉髆， 母李夫人，天漢四年立（其子劉賀當過27天皇帝）。

六子 漢昭帝劉弗（幼名弗陵）， 母鉤弋夫人趙婕妤，在位十三年，21歲駕崩。

由於歷史記載不詳，劉徹之女未有明確排序，而且很可能部分帝女未曾史書留名。（比如漢景帝時期只記載了劉徹三個同母姐妹，文帝時期只記載了館陶公主和絳公主）

長女衛長公主（當利公主），是漢武帝和衛皇后的長女，也是漢武帝最喜歡的女兒。漢武帝為求長生不老，派人到處尋訪方士。最著名的方士欒大，被封為五利將軍、天道將軍、地道將軍、樂通侯，“賜列侯甲第，僮千人、乘輿斥車馬帷帳器物以充其家”，漢武帝還將衛長公主嫁給了他（衛長公主原先嫁給曹壽的兒子平陽侯曹襄，因為丈夫早死，再嫁欒大），後來武帝發現欒大是個騙子，怒火中燒，派人把欒大活活燒死，以瀉心頭之恨。從此衛長公主再無事蹟見於史料。只知道她的兒子曹宗在“巫蠱之禍”中遇害身亡，漢宣帝時她的孫子曹喜恢復了列侯爵位，這個爵位一直延續到東漢。

鄂邑長公主（蓋長公主）劉徹去世後因撫養漢昭帝被封長公主，與燕王劉旦、上官桀、上官安及桑弘羊等合謀誅除霍光，事發後自殺。

諸邑公主史記索隱稱其母為衛子夫，死於巫蠱之禍。

石邑公主史記索隱稱其母為衛子夫，生卒年不詳。

陽石公主（德邑公主），生母不詳，死於巫蠱之禍。

夷安公主嫁漢武帝姊妹隆慮公主子昭平君。