El filial del primer equipo de fútbol es el Club Atlético de Madrid B, fundado en 1963 como Reyfra Atlético Club y que actualmente juega en el Grupo I de Segunda División B. Este equipo ha conseguido disputar 11 temporadas en Segunda División (donde debutó en la temporada 1980/81). Logró su mejor clasificación en la temporada 1998/99 y su peor clasificación en las temporadas 1985/86 y 1989/90. Tradicionalmente su nombre fue Atlético Madrileño, así se denominó entre los años 1970 y 1991.
Existe un segundo equipo filial, el Club Atlético de Madrid C, fundado en 1972, que juega en Tercera División. El filial se llamó Atlético Amorós entre 1994 y 2000 por la vinculación que tuvieron las escuelas de fútbol base del Club durante esos años con el madrileño Colegio Hermanos Amorós y su equipo el CD Amorós. También se denominó Atlético Aviación entre 2000 y 2005, como homenaje al nombre que adoptó el club entre los años 1939 y 1947.