En domare som avkunnade sin dom sade att det var Stormontförsamlingen, och inte en domare, som skulle besluta om socialpolitiken.
Ett gemensamt fall togs av det första lesbiska paret och det första homosexuella paret som gick med i civila partnerskap i Storbritannien.
Det andra fallet togs upp av ett par som gifte sig i England men vill få sitt äktenskap lagligt erkänt hemma i Nordirland.
Domaren prövade målen tillsammans på grund av likheterna i de rättsliga argumenten.
Justitieminister O'Hara sade: " Det är inte alls svårt att förstå hur homosexuella män och lesbiska som har utsatts för diskriminering, avvisande och uteslutning känner så starkt för att Nordirland ska behålla hinder för samkönade äktenskap.
"Men den dom som jag måste nå grundas inte på socialpolitiken utan på lagen."
Samkönade äktenskap är lagligt i England, Skottland, Wales och Irland, men är förbjudet i Nordirland.
Shannon Sickles, Grainne Close, och Chris och Henry Flanagan-Kane utmanade Stormonts vägran att lagstifta om samkönade äktenskap.
Flicka Close sade att hon var "förtjänt" av domen.
"För oss är detta en personlig fråga", sade hon.
"Vi har familjer och våra barn behandlas annorlunda på grund av dagens resultat."
Hennes partner, Sickles, sade att de skulle fortsätta sin rättsliga utmaning.
För tolv år sedan var Nordirland det första landet i Storbritannien som införde civila partnerskap.
Sickles och Neena Close gjorde historia den 19 december 2005 då deras förhållande lagligen erkändes vid Storbritanniens första civila partnerskapsceremoni i Belfast City Hall.
De följdes noga av Chris och Henry Flanagan-Kane, vars civila partnerskap ägde rum senare samma dag.
Under den gemensamma uppfordran mot lagen i Nordirland hävdade parets advokater att förbudet bryter mot artikel 8 i Europeiska konventionen om skydd för de mänskliga rättigheterna genom att förneka respekten för deras privatliv och familjeliv.
Men en advokat vid Stormonts finans- och personaldepartement (DFP) motsatte sig att förbudet inte var ett brott mot de mänskliga rättigheterna och att civila partnerskap redan uppfyllde minimikraven i människorättslagstiftningen.
Paret som gifte sig i England hade beviljats anonymitet, och deras fall kallades Petition X.
Kampanjen för samkönade äktenskap har varit mycket splittrande i Nordirlands församling under de senaste åren, och är för närvarande en av de viktigaste punkterna i Stormonts fortsatta politiska kris.
Medlemmar i församlingen (MLA) har röstat fem gånger om huruvida man vill införa samkönade äktenskap eller inte.
Vid den femte omröstningen i november 2015 röstade MLA för första gången för legalisering, med den smalaste majoriteten på 53 röster mot 52.
Democratic Unionist Party (DUP) använde dock ett Stormont veto, känt som en petition av oro, för att blockera förslaget och förhindra alla förändringar i lagen.
Alliance MLA Paula Bradshaw sa att paren hade tvingats ta sina fall till domstol.
"I maj förra året vägrade både Sinn Féin och DUP Allianspartiets förslag att reformera framställningen av oro - den avgörande reformen som skulle göra lika äktenskap till verklighet", sade hon.
"Nu har utmaningen kastats tillbaka på politikerna och det är viktigt att vi får igång Stormont igen för att stabilisera Nordirland och börja leverera för alla."
Äktenskapet mellan paret i mål Petition X behandlades som ett civilt partnerskap i Nordirland enligt villkoren i lagen om samkönade par 2013.
Den decentraliserade distinktionen möjliggjordes efter förhandlingar mellan en tidigare regering i Westminster och en tidigare församling i Nordirland.
Paret avgav sina löften "eftersom de tror på de traditionella värderingar som hör samman med äktenskapet", enligt sin advokat.
"Vi suckade när utslaget lästes upp inte genom besvikelse, utan helt enkelt därför att det oundvikliga erkännandet av samkönade äktenskap har försenats ytterligare i Nordirland", sade de.
"Arbetet kommer att fortsätta, vinden är till vår rygg."
SDLP ledare Colum Eastwood sade att HBTQ community var "inte en boxningssäck att slå om och om igen".
"Vårt är nu det enda lilla hörnet av dessa öar där vi upprätthåller en hierarki av kärlek", sade han.
"Vi blir alltmer isolerade här och över hela Europa som en plats där engagemanget och medkänslan hos ett samkönat par inte erkänns eller återspeglas i vår lag."
Sinn Féin MLA Carál Ní Chuilín sade att frågan stod i centrum för den nuvarande politiska krisen i Nordirland - där församlingen har varit i limbo sedan maktdelning bröt samman i januari.
"Vi behöver se genomförandet av avtal och ett slut på diskrimineringen om vi ska ha hållbara politiska institutioner", sade hon.
Högsta domstolen har avskrivit två fall som ifrågasätter Nordirlands förbud mot samkönade äktenskap.