Priododd Owain ddwywaith, a bu ganddo nifer o blant gordderch gan ferched eraill hefyd. Ei wraig gyntaf oedd Gwladus ferch Llywarch ap Trahaearn. Cafodd ddau fab ganddi hi, Maelgwn ab Owain Gwynedd ac Iorwerth Drwyndwn, tad Llywelyn Fawr. O'i ail briodas, a Cristin, cafodd dri mab, yn cyynnwys Dafydd ab Owain Gwynedd a Rhodri ab Owain Gwynedd. Ymhlith ei blant eraill, cafodd ddau fab gan Wyddeles o'r enw Pyfog, sef Hywel ab Owain Gwynedd a Rhun ab Owain Gwynedd.