หม่อมเจ้าปรีดิเทพย์พงษ์ มีชายาเพียงองค์เดียวคือ หม่อมเจ้าลีลาศหงษ์ กฤดากร และมีหม่อม 2 ท่าน คือ หม่อมราชวงศ์สอางค์ ปราโมช (อดีตหม่อมในพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมหลวงราชบุรีดิเรกฤทธิ์) และหม่อมแตงไทย เทวกุล ณ อยุธยา มีพระโอรส-ธิดารวมทั้งหมด 6 คน

1. หม่อมราชวงศ์สอางค์ เทวกุล (ราชสกุลเดิม: ปราโมช; 19 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2442 − 1 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2518) พระธิดาในพระวรวงศ์เธอ พระองค์เจ้าคำรบ กับหม่อมนุ่ม ปราโมช ณ อยุธยา มีบุตรธิดา 4 คน คือ
   1. หม่อมราชวงศ์สุปรีดีเสพ เทวกุล (ช.) สมรสกับ สมศรี ลางคุลเสน มีบุตร 1 คน
   2. หม่อมราชวงศ์ทิพยางค์ กาญจนดุล (ญ.) สมรสกับประพาส กาญจนดุล มีบุตร 4 คน[1]
   3. ท่านผู้หญิงสำอางวรรณ ล่ำซำ (ญ.) สมรสกับบัญชา ล่ำซำ มีบุตร 3 คน
   4. หม่อมราชวงศ์เทพยพงศ์ เทวกุล (ช.) สมรสกับ ประเทือง ศิลปรัศมี มีบุตร 4 คน
2. หม่อมเจ้าลีลาศหงษ์ เทวกุล (ราชสกุลเดิม: กฤดากร; 15 เมษายน พ.ศ. 2442 − 2 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2463) พระธิดาในพระเจ้าบรมวงศ์เธอ กรมพระนเรศรวรฤทธิ์ กับหม่อมแช่ม กฤดากร ณ อยุธยา
3. หม่อมแตงไทย เทวกุล ณ อยุธยา (สกุลเดิม: เดชผล) มีบุตรชาย 2 คน คือ
   1. หม่อมราชวงศ์วงศ์ปิติ เทวกุล (ช.) สมรสกับหม่อมหลวงอรทัย ลดาวัลย์ มีบุตร 2 คน
   2. หม่อมราชวงศ์ปรีดิยาธร เทวกุล (ช.) สมรสและหย่ากับปอลิน อินทสุกิจ และสมรสครั้งที่สองกับประภาพรรณ เทวกุล ณ อยุธยา มีบุตร 3 คน