พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าสุขุมาภินันท์เสกสมรสกับหม่อมดุษฎี บริพัตร ณ อยุธยา (สกุลเดิม ณ ถลาง) ธิดาของหลวงอิศเรศรักษา (ปลื้ม ณ ถลาง) กับดรุณ อิศเรศรักษา มีพระโอรสสองคน ได้แก่

• หม่อมราชวงศ์สุขุมพันธุ์ บริพัตร สมรสกับนุชวดี บำรุงตระกูล ต่อมาได้หย่ากันและสมรสใหม่กับสาวิตรี บริพัตร ณ อยุธยา (สกุลเดิม ภมรบุตร) มีบุตรสองคน ได้แก่
  • หม่อมหลวงพินิตพันธุ์ บริพัตร สมรสกับมิยา บริพัตร ณ อยุธยา (สกุลเดิม รีวงษ์)
  • หม่อมหลวงวราภินันท์ บริพัตร
• พลตรี หม่อมราชวงศ์วโรรส บริพัตร สมรสกับพัฒนาพร นิยมศิริ ต่อมาได้หย่ากันและสมรสใหม่กับวรภาทิพย์ บริพัตร ณ อยุธยา (เดิม ละอองดาว โตเจริญ) มีบุตรธิดาสามคน ได้แก่
  • หม่อมหลวงวรพินิต บริพัตร
  • หม่อมหลวงวรภานัน บริพัตร (ชื่อเดิม สุภานัน)
  • หม่อมหลวงภูมิอาชว์ บริพัตร (ชื่อเดิม วรทย์)