หม่อมราชวงศ์ปรียนันทนา เคยเสกสมรสกับมหาราชจกัต สิงห์ พระโอรสของมหาราชแห่งแคว้นชัยปุระ ประเทศอินเดีย โดยพบรักกันที่ประเทศไทย มีบุตรธิดาสองคน คือลลิตยา รังสิต (ราชกุมารีลลิตยากุมารี สิงห์ แห่งแคว้นชัยปุระ) และเทพราช รังสิต (ราชกุมารเทพราช สิงห์ แห่งแคว้นชัยปุระ) ภายหลังในปี พ.ศ. 2530 ได้หย่าร้างกับมหาราชจกัต สิงห์ และเดินทางกลับมาอยู่ประเทศไทยพร้อมกับบุตรทั้งสอง ต่อมาบุตรทั้งสอง ได้ฟ้องร้องคดีเกี่ยวกับสมบัติของมหาราชจกัต สิงห์ เพื่ออ้างสิทธิ์ในกองมรดกของมหาราชจกัต สิงห์ กับบรรดาเครือญาติที่ประเทศอินเดีย

บุตรสาวคือลลิตยา รังสิต จบการศึกษาระดับปริญญาโทจากจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และ ปริญญาโททางด้านการจัดการพิพิธภัณฑ์และโบราณสถาน มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร ส่วนบุตรชายคือเทพราช รังสิต จบการศึกษาระดับปริญญาโทด้านการพัฒนาชนบท จากจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ปัจจุบันหม่อมราชวงศ์ปรียนันทนา สมรสอีกครั้งกับปานศักดิ์ รังสิพราหมณกุล นักธุรกิจผู้เคยมีผลงานดนตรีโด่งดังอมตะในบทเพลง “ไปทะเลกันดีกว่า”