พระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าเปรมบุรฉัตร เสกสมรสกับหม่อมงามจิตต์ บุรฉัตร ณ อยุธยา (สกุลเดิม สารสาส)[2] บุตรีพระสารสาสน์พลขันธ์ (ลอง สุนทานนท์) เมื่อวันที่ 22 มกราคม พ.ศ. 2482 มีพระโอรสบุญธรรม 1 คน คือ หม่อมหลวงธีรฉัตร บุรฉัตร ซึ่งเป็นบุตรของเฟื่องฉัตร ดิศกุล พระขนิษฐาร่วมพระบิดาในพระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าเปรมบุรฉัตร

• • หม่อมหลวงธีรฉัตร ดิศกุล สมรสกับ ยุวดี บุรฉัตร ณ อยุธยา (สกุลเดิม โกมารกุล ณ นคร) และ ปราณี บุรฉัตร ณ อยุธยา (สกุลเดิม จันทร์เวียง)
    • ชนิกานดา โกมารกุล ณ นคร (ใช้นามสกุลมารดา)
    • ยุพาพิน บุรฉัตร ณ อยุธยา (เปลี่ยนนามสกุล จาก โกมารกุล ณ นคร)
    • ธานิฉัตร บุรฉัตร ณ อยุธยา
    • วรฉัตร บุรฉัตร ณ อยุธยา