หม่อมเจ้าจุลเจิมเสกสมรส 2 ครั้ง ในครั้งแรกกับหม่อมศิริพร ยุคล ณ อยุธยา (เสนาลักษณ์) ซึ่งถึงแก่กรรมด้วยโรคมะเร็งเมื่อวันที่ 12 พฤษภาคม พ.ศ. 2532 มีโอรส - ธิดา 2 คน คือ

1. หม่อมราชวงศ์รังษิพันธ์ ยุคล (คุณชายเหมา; 15 มีนาคม พ.ศ. 2518)
2. หม่อมราชวงศ์จันทรลัดดา ยุคล (คุณหญิงแอร์; 4 พฤศจิกายน พ.ศ. 2520)

ต่อมาได้เสกสมรสใหม่กับหม่อมอัญชลี ยุคล ณ อยุธยา (ขัติยสุรินทร์) ในปี พ.ศ. 2533 มีธิดา 2 คน คือ

1. หม่อมราชวงศ์แม้นนฤมาส ยุคล (คุณหญิงแม้น; 17 กันยายน พ.ศ. 2533)
2. หม่อมราชวงศ์จันทรนิภา ยุคล (คุณหญิงไหม; 3 มกราคม พ.ศ. 2535)