Il épouse Ermentrude de Roucy (?-1005), fille de Renaud de Roucy, comte de Reims et de Roucy, et d'Albérade de Hainaut - elle-même fille du duc Gislebert de Lotharingie et de Gerberge de Saxe. Ermentrude de Roucy était l'héritière du comté de Mâcon par son premier mariage avec Aubry II de Mâcon † 982) ; Otto devient comte de Mâcon par ce mariage.
Ils eurent pour enfants :
Le futur comte Guy Ier de Mâcon (vers 982-1004)
Mathilde de Bourgogne (vers 983-1005), épouse en 995 le comte Landry de Nevers (son petit-fils Robert de Nevers, seigneur de Craon (1035-1098) est la tige de l'illustre maison de Craon-Nevers)
Gerberge de Bourgogne (985–1024) épouse en 1002 le co-comte Guillaume II de Provence (986–1018)
Le futur comte Renaud Ier de Bourgogne (vers 986-1057)
Agnès de Bourgogne (?-1068), épouse à partir de 1016 le duc Guillaume V d'Aquitaine (969–1030), puis en secondes noces épouse en 1032 le comte Geoffroy II d'Anjou (1006–1060)
Brunon (?-?)
