El comtat apareix al final del segle X quan el comte de les ArdenesSigifred va adquirir unes ruïnes d'un vell castrum romà anomenades Castellum Lucilinburhuc, que pertanyien als monjos de l'abadia de Sant Maximí de Trèveris, i va fer construir el castell de la ciutat de Luxemburg. El títol de comte de Luxemburg apareix sota Guillem I. El comtat era un feu anomenat masculí, que volia dir que en cas d'extinció de la casa comtal retornava a l'emperador. Això es va produir per primer cop el 1136, i l'emperador va confiar el comtat a Enric IV de Namur, un cosí germà del darrer comte doncs el pare d'aquest, Enric de Grandprés, comte de Namur, era el parent més proper (cunyat) de Conrad II el darrer representant de la línia de comtes de les Ardennes; el 1139 Enric va heretar del seu pare el comtat de Namur i el 1153 va heretar els comtats de Durbuy i de Laroche. Enric IV va morir també sense fills i el comtat fou donat als seus gendres, primer a Tibald I de Bar, casat amb la filla Ermesinda (que van haver de renunciar al comtat de Namur) i després a Walerà III de Limburg amb el que Ermesinda es va casar en segones noces (després de la mort de Tibald) i li va aportar en dot personal el comtat d'Arlon, que fins aleshores era part del ducat de Limburg. El fill d'Ermesinda, Enric el Ros, va imposar la sobirania de Luxemburg sobre el comtat de Vianden. El comte Joan el cec va comprar el 1337 la meitat del comtat de Chiny i el seu fill Wenceslao va comprar l'altra meitat.
Quatre dels comtes de la casa de Limburg (Luxemburg-Limburg) foren elegits emperadors i el 1355 Luxemburg fou elevat a ducat per Carles IV del Sacre Imperi Romanogermànic. A causa de les necessitats financeres el ducat fou donat a cadets de la família conservant però el títol ducal. El 1437 la família regant es va extingir. La duquessa Elisabet de Görlitz, endeutada, va haver de vendre el ducat el 1443 al duc de BorgonyaFelip III el Bo, que el va unir als Països Baixos borgonyons.
1096 - 1128: Guillem I (1081 -1131), casat vers 1105 amb Matilde o Lutgarda de Northeim, filla de Kuno, comte de Beichlingen
1128 - 1136: Conrad II (-1136), fill de l'anterior, casat amb Ermengarda, comtessa de Zutphen, filla d'Otó II, comte de Zutphen. Per manca de fills el comtat va retornar a l'Imperi que el va tornar a infeudar a Enric de Namur net per la seva mare de Conrad I de Luxemburg
Casa de Namur
1136 - 1196: Enric IV (1112 -1196), comte de Luxemburg i el 1139 de Namur, cosí germà de l'anterior, fill de Godofreu I, comte de Namur, i d'Ermesinda de Luxemburg. Casat en primeres noces el 1157 amb Laureta d'Alsàcia (-1170), filla de Thierry d'Alsàcia, comte de Flandres i de Margarita de Clermont. casat en segones noces el 1168/1169 amb Agnès de Gueldre, filla d'Enric, comte de Gueldre, i d'Agnès d'Arnstein. Com que no tenia fills mascles, l'emperador Enric VI va infeudar el comtat a son germà.
1196 - 1197: Otó I (1170 -1200), comte palatí de Borgonya. Casat el 1190 amb Margarita de Blois (1170 - 1230), filla de Tibald o teobald V, comte de Blois i de Chartres i d'Alix de França (1150-1195). El primer marit de la filla d'Enric IV de Luxemburg va negociar amb Otó I la seva renúncia i va recuperar el comtat en profit de la seva dona Ermesinda de Luxemburg
1197 - 1247: Ermesinda (1186 -1247), filla d'Enric IV el Cec i d'Agnès de Gueldre
1247 - 1281: Enric V (1216 -1281), fill de l'anterior. Casat el 1240 amb Margarita de Bar (1220 -1275), filla d'Enric II, comte de Bar, i de Felipa de Dreux
1281 - 1288: Enric VI (1250 -1288), fill de l'anterior. Casat el 1265 amb Beatriu d'Avesnes (-1321), filla de Balduí d'Avesnes, senyor de Beaumont, i de Felicitat de Coucy
1288 - 1313: Enric VII (1274 -1313), fill, elegit emperador el 1308, coronat el 29 de juny de 1312. Casat el 1292 amb Margarita de Brabant (1276 - 1311), filla de Joan I, duc de Brabant i de Margarita de Flandes
1346 - 1353: Carles IV (1316 - 1378), fill de l'anterior i d'Elisabet Przemysl, elegit emperador el 1346 amb el nom de Carles IV, emperador de 1355 a 1378. Casat en primeres noces amb Blanca de Valois (1316 -1348). Casat en segones noces amb Anna de Wittelsbach (1329 -1353), filla de Rodolf II, comte palatí. Casat en terceres noces amb Anna de Schweidnitz (1339 -1362). Casat en quartes noces amb Elisabet de Pomerània (1345 -1392)
.svg&lang=ca)
