Otto war seit etwa 1050 mit Richenza verheiratet, die in erster Ehe mit Graf Hermann III. von Werl vermählt gewesen war. Richenza wurde als Tochter Herzog Ottos von Schwaben und damit als Ezzonin vermutet, dürfte aber eher eine Erbtochter der billungischen Wichmann-Linie gewesen sein. Aus der Ehe gingen sieben Kinder hervor:
Heinrich der Fette, Markgraf von Friesland
Kuno, Graf von Beichlingen
Siegfried III., Graf von Boyneburg
Otto II., Graf von Northeim
Ida ∞ Thiemo, Graf von Brehna (Wettiner)
Ethelinde ∞ I Welf I. Herzog von Bayern, geschieden 1070, ∞ II Hermann, 1105–1144 bezeugt, 1115 Graf von Calvelage
Mathilde ∞ Graf Konrad von Arnsberg-Werl
