Otto I. heiratete um 1169 in Kelheim die Gräfin Agnes von Loon (* 1150; † 26. März 1191), Tochter des Grafen Ludwig I. von Loon. Aus der Ehe gingen zehn Kinder hervor:
Otto (* (1169); † 7. August (1178))
Ulrich († 29. Mai ...)
Agnes († 13. Januar ...)
Heilica (* (1171); 9. Oktober (1200)); ∞ (vor 1178) Graf Dietrich von Wasserburg und Viechtenstein (1142–25. Januar (1206))
Agnes (* (1172); † (1200)); ∞ (vor 1177) Graf Heinrich I. von Plain († 30. Oktober (1196))
Tochter (* (1176)); ∞ (1190) Graf Adelbert III. von Dillingen († 15. Februar 1214)
Richardis (* (1173); † 21. September 1231); ∞ (1186) Graf Otto I. von Geldern und Zütphen († 22. Oktober 1207)
Elisabeth (* (1178); † (1189/1190)); ∞ Markgraf Berthold II. von Vohburg († 25. Mai 1204)
Ludwig der Kelheimer (* 23. Dezember 1173; † 15. September 1231); ∞ (Oktober 1204) Prinzessin Ludmilla von Böhmen (* um 1170; † 4. August 1240), Witwe des Grafen Albert III. von Bogen
Sophie (* (1170); † 10. Juli 1238); ∞ (1196) Landgraf Hermann I. von Thüringen (* um 1155; † 25. April 1217)
