Lê Đại Hành có 5 hoàng hậu gồm Đại Thắng Minh Hoàng hậu (Dương Vân Nga), Phụng Càn Chí Lý Hoàng hậu, Thuận Thánh Minh Đạo Hoàng hậu, Trịnh Quắc Hoàng hậu và Phạm Hoàng hậu.

Sử cũng chép một người vợ khác của ông, sinh cho ông ít nhất 2 người con, Lê Long Việt và Lê Long Đĩnh. Sách Việt sử lược chép là sơ hầu di nữ (初侯姨女), Đại Việt sử ký toàn thư chép là chi hậu diệu nữ (祇候妙女). Sách Khâm định Việt sử Thông giám cương mục Chính biên chép bà là con gái quan Chi hậu tên là Diệu, không rõ họ là gì. Về sau bà được con trai là Long Đĩnh truy tôn hiệu Hưng Quốc Quảng Thánh Hoàng thái hậu.

Lê Đại Hành có 13 người con, 11 người con trai, 1 người con gái, 1 người con nuôi. 11 người con trai và cả con trai nuôi đều được phong vương:

1. Lê Long Thâu làm Kình Thiên đại vương (phong năm 989), từng tham gia chiến tranh Việt - Tống 981, được Lê Đại Hành phong làm Thái tử. Tuy nhiên, đến năm 1000 thì mất.
2. Lê Long Tích làm Đông Thành vương (phong năm 989), sau khi Lê Đại Hành mất, Lê Long Tích cùng các em tranh ngôi với Lê Long Việt. Song thua chạy đến Thạch Hà thì bị dân ở đây giết chết.
3. Lê Long Việt làm Nam Phong vương (phong năm 989), sau là vua Lê Trung Tông. Sau 3 ngày ở ngôi vua thì bị Lê Long Đĩnh ám hại năm 1005.
4. Lê Long Đinh làm Ngự Man vương (phong năm 991), đóng ở Phong Châu (nay thuộc tỉnh Phú Thọ).
5. Lê Long Đĩnh làm Khai Minh vương (phong năm 992), đóng ở Đằng Châu (nay thuộc Hưng Yên), sau là vua Đại Thắng Minh Quang Hiếu Hoàng đế.
6. Lê Long Cân làm Ngự Bắc vương (phong năm 991), đóng ở Phù Lan, sau là Phù Vệ, huyện Đường Hào, tỉnh Hải Hưng. Hiện nay thuộc huyện Mỹ Hào, tỉnh Hưng Yên.
7. Lê Long Tung làm Định Phiên vương (phong năm 993), đóng ở Tư Doanh, Ngũ Huyện Giang (Cổ Loa, Hà Nội).[72]
8. Lê Long Tương làm Phó vương (phong năm 993), đóng ở Đỗ Động Giang (nay thuộc tây nam Hà Nội).
9. Lê Long Kính làm Trung Quốc vương (phong năm 993), đóng ở Càn Đà, Mạt Liên (nay thuộc Hải Dương), sau bị giết năm 1005.
10. Lê Long Mang làm Nam Quốc vương (phong năm 994), đóng ở Vũ Lung (nay thuộc Thanh Hóa).
11. Lê Long Đề (Minh Đề) làm Hành Quân vương (phong năm 995), đóng ở Bắc Ngạn, Cổ Lãm (nay thuộc Bắc Ninh).
12. Con nuôi Dương Hy Liễn làm Phù Đái vương (phong năm 995), đóng ở Phù Đái (nay thuộc Hải Phòng).
13. Lê Thị Phất Ngân: Hoàng hậu của vua Lý Thái Tổ, mẹ của Lý Thái Tông, được Lý Thái Tông phong là Linh Hiển Hoàng thái hậu.