พระราชวรวงศ์เธอ กรมหมื่นพิทยาลงกรณ์ได้ทำพิธีอาวาหะมงคลกับหม่อมพัฒน์ (สกุลเดิม บุนนาค) ธิดาของเจ้าพระยาภาสกรวงศ์ (พร บุนนาค) และท่านผู้หญิงเปลี่ยน ภาสกรวงศ์ เมื่อพ.ศ. 2444 มีพระโอรส-พระธิดา 6 องค์[13] ครั้นเมื่อหม่อมพัฒน์ถึงแก่กรรมแล้ว พระองค์จึงทรงเสกสมรสใหม่กับหม่อมเจ้าพรพิมลพรรณ รัชนี (ราชสกุลเดิม วรวรรณ) พระธิดาในพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระนราธิปประพันธ์พงศ์[14] เมื่อพ.ศ. 2462 มีพระโอรส-พระธิดา ได้ 2 องค์

1. จันทร์เจริญ รัชนี (พ.ศ. 2445 – พ.ศ. 2515 ) นามปากกา จ.จ.ร.[15]
2. ศะศิเพลินพัฒนา บุนนาค
3. หม่อมเจ้าจันทร์จิรายุวัฒน์ รัชนี (21 กรกฎาคม พ.ศ. 2453 – 29 พฤศจิกายน พ.ศ. 2534) นามปากกา พ. ณ ประมวญมารค
4. หม่อมเจ้ารัชนีพัฒน์พิทยาลงกรณ์ รัชนี
5. ศะศิธรพัฒนวดี บุนนาค (18 มิถุนายน พ.ศ. 2457 – 28 มิถุนายน พ.ศ. 2549) เสกสมรสกับวิลาศ บุนนาค มีบุตรสี่คน[16]
6. หม่อมเจ้าจันทร์พัฒน์โมลีจุฑาพงศ์ รัชนี (12 มิถุนายน พ.ศ. 2459 – 8 มิถุนายน พ.ศ. 2535)

1. พระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าวิภาวดีรังสิต (20 พฤศจิกายน พ.ศ. 2463 – 16 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2520) นามปากกา ว. ณ ประมวญมารค เสกสมรสกับหม่อมเจ้าปิยะรังสิต รังสิต มีพระธิดาสองคน
2. หม่อมเจ้าภีศเดช รัชนี (20 มกราคม พ.ศ. 2465) นามปากกา ภ. ณ ประมวญมารค เสกสมรสกับหม่อมราชวงศ์หญิงดัชนีรัชนา[17] (ราชสกุลเดิม วรวรรณ) มีโอรส-ธิดาสามคน

1. หม่อมเจ้าจันทร์จิรกาล รัชนี
2. หม่อมเจ้าชาย
3. หม่อมเจ้าจันทร์จรัส รัชนี (ไม่มีข้อมูล – 28 ธันวาคม พ.ศ. 2450)