汉武帝正式册封的皇后共有两位，分别是陈皇后和卫皇后，但是之后李夫人被追封为孝武李皇后，汉昭帝刘弗陵的生母勾弋夫人被追封为赵太后。
陈皇后：
陈阿娇，她是大长公主刘嫖的女儿，从小备受宠爱，后大长公主刘嫖将陈阿娇许给刘彻，她也因此帮助刘彻登上了皇位。刘彻登基之后，将陈阿娇封为皇后，但是最后陈阿娇因施巫蛊之邪术，被刘彻废黜，退居长门宫。
卫皇后：
卫子夫，原为平阳公主家歌女，之后受到汉武帝的宠幸，将她接入宫中，在为汉武帝生下皇长子刘据之后，被封为皇后。最后因刘据被人诬陷谋反，卫皇后以死明志，自杀身亡。
李夫人：
她出身贫寒，精通音律，深得刘彻喜爱，在为刘彻生下孩子后去世。卫子夫被废四年后，汉武帝驾崩，汉武帝没有配偶，妾室李夫人配祭汉武帝宗庙，追加尊号为孝武皇后。
勾弋夫人：
她是汉武帝刘彻的宠妃，也是汉昭帝的生母，汉昭帝在登基之后，将她追封为赵太后。