6 sierpnia1894 Ksenia poślubiła swojego ukochanego od czasów dzieciństwa – wielkiego księcia Aleksandra Michajłowicza, zwanego Sandro (wnuka cara Mikołaja I). Para miała 7 dzieci, które nie nosiły tytułu wielkich książąt Rosji, tylko książąt Rosji (nie Ich Cesarskich Wysokości, tylko Ich wysokości):
Dymitr (1901–1980), był dwukrotnie żonaty, jego pierwszą żoną była Marina Goleniszczew-Kutuzow-Tołstoj (1931 rok), drugą zaś Sheila McKellar-Chisholm (1954);
Rostislaw (1902–1978), jego pierwszą żoną była księżniczka Aleksandra Galicyn (1928 rok), drugą Alice Baker (1945 rok), a trzecią Hedwiga von Chappuis (1954 rok);
Wasili (1907–1989), w 1930 roku ożenił się z Natalią, księżniczką Galicyn.
Potomkowie synów Kseni byliby dzisiaj pretendentami do tronu Rosji, ale wszyscy synowie Kseni zawarli małżeństwa morganatyczne.
Po rewolucji Ksenia, podobnie jak jej matka i siostra, przeniosła się do Danii. Po pewnym czasie wielka księżna Ksenia porzuciła męża i przeprowadziła się do Londynu, gdzie zamieszkała w niewielkim pałacyku należącym do Korony Brytyjskiej, który nazwała Wilderness House.
