Een groothertogdom is een land waarvan het staatshoofd een groothertog of groothertogin is.
Het enige groothertogdom dat vandaag nog bestaat, is Luxemburg. Luxemburg werd een groothertogdom in 1815, toen Nederland een onafhankelijk koninkrijk werd en koning Willem I van Nederland groothertog van Luxemburg werd. In 1890 scheidden de twee landen. Willem III van Nederland had geen mannelijke erfgenaam, dus in Nederland werd hij opgevolgd door koningin Wilhelmina, maar Luxemburg volgde het Salische recht, wat inhield dat alleen een man kon regeren. De huidige groothertog van Luxemburg is Henri.
Er zijn echter andere huizen in Europa die zichzelf als groothertog bestempelen, ook al worden zij door de rest van de maatschappij niet volledig erkend.
De onafhankelijke republieken Finland en Litouwen, en de Nederlandse provincie Limburg (hertogdom Limburg) zijn op bepaalde momenten in hun geschiedenis groothertogdommen geweest.