مادلونگ میگوید حسین دو پسر بهنام علی داشت که از آن دو، علی زینالعابدین امام چهارم شیعیان، از حادثهٔ کربلا جان سالم به در برد و احتمالاً وی از دیگر پسر به نام علی، بزرگتر بود و در زمان واقعهٔ کربلا، ۲۳ ساله بود؛ بنابراین باید در زمان خلافت علی به دنیا آمده باشد. مادلونگ مادر وی را کنیزی از ناحیه سِند میداند که بعد از کشته شدنِ حسین با یکی از غلامان حسین ازدواج کرد و پسری به نام عبدالله بن زبید را برای وی آورد. فرزندان عبدالله در یَنبُع زندگی میکردند.[۲۳۶] اما حاج منوچهری میگوید بنابر اغلب منابع و روایات، مادر سجاد، شهربانو معرفی شدهاست. بهگزارش حاج منوچهری، در منابع نام سجاد گاهی علی اوسط و گاهی علی اصغر آمده و همین موضوع سبب شده نظرات گوناگونی دربارهٔ پسران حسین بیان شود. از سوی دیگر، در منابع روایی، میان علی اصغر و عبدالله نیز اشتباه و خلط صورت گرفتهاست. محافل شیعی معاصر با دقت در تشخیص فرزندان حسین، سجاد را علی اوسط، و علی اصغر را کودک شیرخوار در کربلا معرفی کردهاند؛ از میان این فرزندان، عبدالله — که از طریق یادکرد نامش در وقایع عاشورا، شناخته شده — از مادری قُضاعی و برادر تنیاش جعفر، فرزند دیگر حسین دانسته شدهاست.[۲۳۷] بهگفتهٔ مادلونگ اگرچه منابع اولیهٔ اهل سنت، از زینالعابدین با نام علیاصغر و از علی دوم با نام علیاکبر یاد میکنند، اما احتمالاً این حرف شیخ مفید و دیگر نویسندگان شیعی درست است که عکس این مطلب را صحیح میدانند. علی دوم، در سن ۱۹ سالگی در کربلا کشته شد. مادر وی لیلا، دختر اَبیمُرَّة بن عُرْوه ثَقَفی و مَیمونة بنت ابیسفیان، خواهر معاویه است. بهگفتهٔ مادلونگ در ایرانیکا، بعد از صلح حسن با معاویه، حسین با لیلا ازدواج کرد که علیاکبر از او متولد شد. ابومره همپیمان امویان بود. به نظر وی، این ازدواج احتمالاً برای حسین منافع مادی داشتهاست و وقوع آن نمیتوانسته در زمان علی بوده باشد. حسین نام این فرزند را نیز علی گذاشت چرا که وی بهخاطر والا بودنِ نسبِ عربیِ مادرش از زینالعابدین — که از کنیزی زاده شده بود — برتر بودهاست. معاویه در سخنی علیاکبر را بهترین شخص برای خلافت معرفی نمود؛ به این دلیل که بهاعتقاد معاویه، وی شجاعت بنیهاشم، بخشندگی بنیامیه و غرور ثقفیان را یک جا جمع کرده بود.[۲۳۸]
بعد از درگذشت حسن، حسین با اُمّاسحاق دختر طَلحه — صحابی مشهور محمد — ازدواج کرد و از وی صاحب دختری بهنام فاطمه شد. مادلونگ مینویسد که برخلاف برخی گزارشها، فاطمه باید از سکینه کوچکتر باشد.[۲۳۹] اما حاجمنوچهری سکینه را، دختر کوچک و از رباب میداند.[۲۴۰] در زمان کشته شدن حسین، فاطمه به نامزدی حسن مُثَنّیٰ درآمده بود ولی هنوز ازدواج نکرده بود.[۲۴۱] بهگزارش حاج منوچهری، حسین وَدایِعِ امامت را به وی سپرد و سپس او نیز آنها را به برادرش، زینالعابدین تحویل داد.[۲۴۲] بهگفتهٔ مادلونگ، حسین با زن دیگری به نام سُلافه از قبیلهٔ بنیقُضاعه نیز ازدواج کرد و از وی صاحب فرزندی به نام جعفر شد که در زمان حیات حسین و در خردسالی درگذشت. جزئیات این ازدواج در دسترس نیست.[۲۴۳] برخی دیگر از منابع، از محمد، زینب و رُقَیّه نیز به عنوان فرزندان حسین نام بردهاند که دارای اختلافات بسیاری با یکدیگر هستند.[۲۴۴]
حسن و حسین تنها نوادگان مرد پیامبر بودند که نسلهای بعدی از آنها بهوجود آمدند. ازاینرو، هر شخصی که میگوید نسب او به پیامبر میرسد، یا با حسن نسبت دارد یا با حسین. حسن و حسین از این نظر با برادرخواندههای خود، نظیر محمدِ حَنَفیّه، هم تفاوت دارند.[۲۴۵] افزون بر امامان شیعهٔ دوازدهامامی، همهٔ امامان اسماعیلیه نیز بهواسطهٔ جعفر صادق، از نسل حسین بن علی هستند.[۲۴۶]
اسامی همسران و فرزندان مشهور وی به شرح ذیل است: