Casou-se com Claudia de Médici, com quem teve cinco filhos:
*'''Maria Leonor de Habsburgo''' ([[1627]] – [[1629]]),[[ Arquiduquesa]] de [[Áustria]].;
*'''[[Fernando Carlos, Arquiduque de Áustria|Fernando Carlos de Habsburgo''']] ([[1628]] – [[1672]]), [[Arquiduque de Áustria]] e conde do [[Tirol]] sendo sucesor de seu pai.;
*'''[[Isabel Clara de Habsburgo]]''' ([[1629]] – [[1685]]), [[Arquiduquesa]] de [[Áustria]]. ;
*'''[[Francisco Sigismundo de Habsburgo''' ([[1630]] – [[1665]]),[[Arquiduque de Áustria]] e conde do [[Tirol]] sendo sucesor de seu irmão mais velho.;
*'''Maria Leopoldina de Habsburgo'''. ([[1632]] – [[1649]]) [[Arquiduquesa]] de [[Áustria]]. Casou-se com o primo [[Fernando III, Sacro Imperador Romano-Germânico|Fernando III]]. ;
Leopoldo se opôs a politica do imperador [[Rodolfo II]], para logo apoiar a de [[Matias da Germânia|Matias]] e depois a de [[Fernando II de Habsburgo|Fernando II]].
