พระเจ้าวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าเฉลิมพลฑิฆัมพร มีหม่อมทั้งหมด 5 คน ได้แก่ หม่อมราชวงศ์กุลปราโมทย์ (ราชสกุลเดิม สวัสดิกุล), สมเชื้อ (สกุลเดิม ชมเสวี), หม่อมทองไพ (สกุลเดิม ประยูรโต), หม่อมทองแถม (สกุลเดิม ประยูรโต) และหม่อมบัวทอง (สกุลเดิม ไตลังคะ) มีพระโอรส-ธิดา 7 องค์ ดังนี้[2][3][4]

ประสูติแต่หม่อมราชวงศ์กุลปราโมทย์

• หม่อมเจ้าจามเทพี ยุคล (23 ธันวาคม พ.ศ. 2476 - 26 มกราคม พ.ศ. 2485)

ประสูติแต่สมเชื้อ

• หม่อมเจ้ามงคลเฉลิม ยุคล (31 ธันวาคม พ.ศ. 2479) เสกสมรสกับหม่อมบงกชปริยา (เดิม เบ็ตตี คอลค์สตีน) มีบุตร 3 คน

ประสูติแต่หม่อมทองไพ

• หม่อมเจ้าวิสาขะ ยุคล (10 พฤษภาคม พ.ศ. 2484 - 31 มีนาคม พ.ศ. 2527) เสกสมรสกับหม่อมพิมพ์ใจ (สกุลเดิม ประยูรโต) และหม่อมเรณู (สกุลเดิม รื่นจิต) มีบุตร 3 คน

ประสูติแต่หม่อมทองแถม

• ศรีสว่างวงศ์ บุญจิตราดุลย์ (เดิม หม่อมเจ้าศรีสว่างวงศ์ ยุคล; 27 สิงหาคม พ.ศ. 2489) ลาออกจากฐานันดรศักดิ์เพื่อสมรสกับศักดา บุญจิตราดุลย์ มีบุตร 2 คน
• หม่อมเจ้าหญิง (ไม่มีพระนาม; สิ้นชีพิตักษัยเมื่อชันษา 1 วัน)
• พลเอก หม่อมเจ้าเฉลิมศึก ยุคล (24 ตุลาคม พ.ศ. 2493)

ประสูติแต่หม่อมบัวทอง

• หม่อมเจ้าฑิฆัมพร ยุคล (9 กรกฎาคม พ.ศ. 2494) เสกสมรสกับหม่อมเปรมศิริ (ราชสกุลเดิม เทพหัสดิน ณ อยุธยา) และหม่อมมาลินี (สกุลเดิม พิศาลสารกิจ) มีบุตร 1 คน