Su hermano Cambises II insistió en casarse con ella y su hermana Roxane, aun cuando no existía precedente legal en Persia de un matrimonio de este tipo entre hermanos; para evitar ofender al rey, los asesores de Cambises le dijeron que las leyes persas le permitían hacer lo que deseara.

Más tarde, Atosa fue tomada por esposa por su también hermano Esmerdis, quien derrocó a Cambises.

Atosa tuvo con Darío I varios hijos: Masistes, Aquémenes (futuro sátrapa de Egipto), Histaspes y Jerjes, su primogénito y sucesor en el trono de su padre.

sin embargo, Heródoto considera que aún vivía durante el reinado de Jerjes, lo mismo que Esquilo, quien introduce a Atosa (sin nombrarla) como personaje principal en su tragedia Los Persas.

En el sueño Atossa interpretó el desastroso final de la campaña de Jerjes contra los griegos e identificó al Águila (imperio aqueménida) y al halcón (Hélade) cuando este último mata a la primera.