Su estructura es similar a la de otras glucoproteínas: FSH, TSH, hCG, en la que cada subunidad polipéptido recibe el nombre de alfa (α) y beta (β) y están conectadas una a la otra por enlaces disulfuro.

La producción de la βLH no está regulada por la inhibina, la activina o las hormonas sexuales.

La hormona LH es secretada por las células gonadotropas de la Adenohipófisis, mediante el estímulo originado en el hipotálamo.

[6]​ La LH es secretada por las células gonadotropas en un patrón de tipo pulsátil a lo largo del ciclo ovárico.

La frecuencia de pulsos con la que es estimulada la célula gonadotropa es baja en la fase lútea y se va incrementando hasta un máximo en la fase folicular y preovulatoria, para secretar la ola de LH (LH surge) que desencadenará la ovulación.

Para el momento de la menstruación, la FSH inicia el crecimiento folicular en el ovario,[10]​ específicamente afectando a las células granulosas.

La LH induce la secreción rápida de hormonas esteroideas foliculares, que incluyen una pequeña cantidad de progesterona —para la preparación del endometrio para una posible implantación— lo que hace que el folículo se rompa y se transforme en el cuerpo lúteo residual y, por tanto, se produzca la expulsión del óvulo.

La LH es necesaria para mantener la función del cuerpo lúteo en las primeras dos semanas.

En la etapa previa a la ovulación, las altas concentraciones de estradiol ejercen una retroalimentación positiva para dar como resultado el pico de LH a mitad del ciclo y la consiguiente ovulación.

Los niveles de la hormona luteinizante son altos en el momento del nacimiento por unos pocos meses y están normalmente bajas durante la infancia hasta la pubertad,[10]​ y en las mujeres pasadas de la menopausia.

[4]​ La detección del pico de LH en el ciclo menstrual ha tenido utilidad para mujeres que desean saber exactamente cuándo ocurrió su ovulación.