Małżeństwo i potomstwo W czasie trwania Letnich Igrzyskach Olimpijskich w Amsterdamie w 1928 roku zaręczył się ze swoją kuzynką, księżniczką szwedzką, Martą Bernadotte. Zaręczyny ogłoszono do publicznej wiadomości 14 stycznia 1929 roku, a 21 marca 1929 roku miał miejsce ślub pary. Uroczystość odbyła się w katedrze w Oslo. Był to pierwszy królewski ślub w Norwegii od ponad trzech stuleci. Drużbą Olafa był jego przyjaciel, Albert Windsor (książę Yorku, późniejszy król Wielkiej Brytanii jako Jerzy VI).
Wraz z żoną Olaf miał troje dzieci:
Ragnhilda (ur. 9 czerwca 1930, zm. 16 września 2012). W 1953 roku wyszła za mąż za przedsiębiorcę, Erlinga Lorentzena. Miała z nim troje dzieci – Haakona (ur. 1954), Ingeborgę (ur. 1957) i Ragnhildę (ur. 1968). Astrid (ur. 12 lutego 1932, zm. 11 września 2026). W 1961 roku wyszła za mąż za Johana Martina Fernera. Miała z nim pięcioro dzieci – Katarzynę (ur. 1962), Benedyktę (ur. 1963), Aleksandra (ur. 1965), Elżbietę (ur. 1969) i Karola-Krystiana (ur. 1972). Harald (ur. 21 lutego 1937, zm. 28 sierpnia 2026) – król Norwegii od 17 stycznia 1991 roku jako Harald V. W 1968 roku ożenił się z Sonją Haraldsen. Miał z nią dwoje dzieci – Martę Ludwikę (ur. 1971) i Haakona VIII (ur.