Rangtitel tussen koning en hertog, gevoerd door de regerende vorst van een groothertogdom. De aanspreektitel is Koninklijke Hoogheid.
De niet-regerende, standsgelijke leden van het Huis van een groothertog voeren de titel hertog(in) of prins(es). In de Napoleontische tijd en kort daarna op het Wener Congres namen verscheidene soevereine hertogen in Duitsland de titel groothertog aan, mede om zich te onderscheiden van vele, dikwijls nieuw gecreëerde niet-soevereine hertogelijke titeldragers in Europa. Het enige thans nog bestaande groothertogdom is Luxemburg. De Nederlandse koningen Willem I, Willem II en Willem III waren van 1815 tot 1890 tevens Groothertog van Luxemburg. Na de nederlaag van Napoleon werd op het Congres van Wenen in 1815 besloten dat het hertogdom Luxemburg werd verheven tot een onafhankelijke staat, een groothertogdom, met als soeverein vorst en eigenaar de Koning der Nederlanden. Koning Willem I vatte zijn rol als groothertog niet al te zwaar op en regeerde Luxemburg als een Nederlandse provincie.
Slechts eenmaal bezocht hij het groothertogdom, benoemde nauwelijks Luxemburgers op belangrijke posten in de landspolitiek en overwoog zelfs even om het Nederlands op de lagere scholen als taal te introduceren. Mede vanwege deze desinteresse voor wat er in het land speelde, sloten de Luxemburgers zich aan bij de Belgische opstand. Na de afscheiding van de Zuidelijke Nederlanden, waarbij een deel van Luxemburg bij België ging horen, werd onder druk van de grote Europese mogendheden besloten dat de Nederlandse koning toch groothertog van het verkleinde Luxemburg bleef. Territoriaal waren beide landen nu echter van elkaar gescheiden. Willem II volgde zijn vader in 1840 op als groothertog. Hij toonde zich meer betrokken bij het groothertogdom en gaf het in 1841 een eigen grondwet, die evenwel aan zijn absoluut gezag weinig afbreuk deed.
Teneinde de door de afscheiding van België zorgelijke economische toestand te verbeteren, bewerkte hij de toetreding van het groothertogdom tot de Zollverein (1842), een verbond tussen een aantal (Duitse) staten ter bevordering van hun handel en industrie. De populariteit van Willem II als groothertog bleek onder meer uit het feit dat in 1884 een standbeeld van hem verrees in het centrum van de hoofdstad Luxemburg. De internationale revolutionaire dreiging in 1848 gaf Willem II aanleiding tot liberale grondwetsherzieningen in Nederland en Luxemburg. In de Luxemburgse constitutie werd het absoluut gezag van de groothertog aan banden gelegd. De liberale grondwet werd in 1856 door koning-groothertog Willem III echter dusdanig aangepast, dat er weer meer macht bij de groothertog kwam te liggen. Zijn broer prins Hendrik benoemde hij onder de nieuwe constitutie tot stadhouder.
Hendrik wist de politiek van zijn broer te temperen en was toen Willem III het voornemen had het groothertogdom aan de Franse keizer te verkopen, een belangrijk pleitbezorger van blijvende nationale zelfstandigheid voor Luxemburg. Op grond van de in het Nassaus erfverdrag uit 1783 vastgelegde opvolgingsregeling kwam bij het overlijden van Willem III in 1890 een einde aan de personele unie tussen Nederland en Luxemburg. Krachtens dit verdrag was opvolging door een vrouw eerst mogelijk wanneer in het gehele Huis Nassau geen mannelijke nakomeling meer te vinden was. Het groothertogschap bleef daarmee ‘in de familie’ toen hertog Adolf van Nassau, hoofd van de Walramse tak, in 1890 de nieuwe groothertog werd. Adolf was bovendien een oom van koningin Emma, die zich voor zijn opvolgingsrechten had ingezet. Om de continuïteit van het groothertogelijk huis te benadrukken, volgde zoon Willem zijn vader in 1905 op als groothertog Willem IV. De naam van de huidige groothertog, Henri, verwijst naar de populaire stadhouder, prins Hendrik der Nederlanden.
