Floris trouwde met Machteld van Brabant, weduwe van Hendrik VI van Brunswijk. Op 5 november 1214 maakte zijn vader samen met Hendrik I van Brabant een huwelijksverdrag op waarin werd overeengekomen dat vanaf de dag van het huwelijk van Floris, zijn vader, graaf Willem elk jaar 500 Hollandse ponden zal betalen aan Machteld, de dochter van Hendrik van Brabant. Het geld zou komen uit de inkomsten die Willem I had uit een groot aantal stukken grond, waaronder de Riederwaard. Het huwelijk werd voltrokken op 6 december 1224 te Antwerpen.
Floris en Machteld kregen de volgende kinderen:
Willem II, opvolger van zijn vader, tegenkoning van Duitsland
Floris de Voogd, regent van Holland
Aleid van Holland, gehuwd met Jan van Avesnes, regentes van Holland na overlijden van Floris
Margaretha, gehuwd met Hermann I von Henneberg-Coburg (1224-1290)
Hendrik
Machteld