وولدت له محمد الديباج قتل سنة 145هـ في سجن المنصور الدوانيقي مع إخوته لأمه عبدالله المحض والحسن المثلث وغيرهم من أهل البيت وقد كانت فاطمة من قبل تحت الحسن المثنى ولدت له عبدالله المحض والحسن المثلث وإبراهيم الغمر، وعلماء الشيعة الإمامية يتغافلون عن هذا النكاح، وينكرونه أحيانًا كما فعل علي محمد علي دخيل في كتابة فاطمة بنت الحسين إذ يرى أنها لم تتزوج إلا من الحسن المثنى بن الحسن السبط ولدت له، ومن الذين يتغافلون عن ذكر هذا النكاح، الشيخ محمد رضا الحكيمي في كتابه أعيان النساء عبر عصور النساء المختلفة، إذ ترجم لفاطمة بنت الحسين وذكر زواجها من الحسن المثنى وأولادها منه وسجنهم في حبس المنصور الدوانيقي وقتلهم بعد ذلك في الحبس ولكنه لم يذكر أنه قتل معهم محمد الديباج أخوهم من عبدالله بن عمرو بن عثمان بن عفان.

إلا أنه مع ذلك يقر علماء الشيعة الإمامية جميعًا بأن فاطمة بنت الحسين أُمها أم إسحاق بنت طلحة بن عبيد الله، وأم إسحاق هذه كانت زوجة الحسن السبط أيضًا وولدت له وقبل موته أوصى الحسن أخاه الحسين بأن يتزوجها فتزوجها وولدت له فاطمة بنت الحسين وهذا مسطور في كافة المراجع والمصادر ولكن انظر من مصادر الشيعة الإمامية: الإرشاد للشيخ المفيد ص 194، والأنوار النعمانية لنعمه الله الجزائري 1/374، ومنتهى الآمال لعباس القمي ص 651 الفصل 12 في بيان أولاد الحسين، وانظر في ترجمة فاطمة بنت الحسين من مصادر الشيعة الإمامية: تاريخ اليعقوبي 1/374، الأصيلي 65 - 66، وعمدة الطالب ص 118.

ومن كتب الأنساب: أنساب الأشراف 4/ 607، جمهرة أنساب العرب 41 - 83، ونسب قريش ص 51.

وماتت فاطمة بنت الحسين سنة 117هـ وهي السنة نفسها التي ماتت فيها أختها سكينة بنت الحسين وفاطمة الكبرى بنت علي بن أبي طالب.