Kfz-Kennzeichen in Luxemburg haben in der Regel schwarze Schrift auf gelbem Hintergrund. Die Kennzeichen sind an das Fahrzeug gebunden, zu dem sie ausgegeben wurden. Bei Verkauf bleibt das Kennzeichen also in der Regel am Fahrzeug.
Wünscht der Halter jedoch ein besonderes Kennzeichen (Wunschkennzeichen), dann wird das Kennzeichen nicht mehr fahrzeuggebunden, sondern gegen Zahlung einer Gebühr haltergebunden vergeben. Der Inhaber eines solchen Wunschkennzeichens behält dieses lebenslang, auch bei einem Fahrzeugwechsel.
Aktuell ausgegebene Kennzeichen sind gemäß großherzoglichem Reglement vom 17. Juni 2003 immer sechs Zeichen lang (zwei Buchstaben gefolgt von vier Ziffern), wobei die Ziffernfolge auch mit Nullen beginnen kann (z. B. XY 0008). Sie zeigen am linken Rand ein blaues Feld mit dem Nationalitätszeichen L und den europäischen Sternen.
Die Buchstabenfolge CD (gefolgt von zwei Ziffern, Bindestrich und zwei weiteren Ziffern) ist für Fahrzeuge im Diplomatischen Dienst reserviert.
Behördenkennzeichen – z. B. der Polizei – tragen die Anfangsbuchstaben AA gefolgt von vier Ziffern.
Die Buchstaben I und O werden nicht vergeben.
Alte Kennzeichen wurden in den folgenden Formaten vergeben und sind noch heute im Umlauf:
- zwei Buchstaben und drei Ziffern (MK 286)
- ein Buchstabe sowie vier Ziffern (P 1234)
- fünf Ziffern (12345)
- vier Ziffern (1234)
- drei Ziffern (987)
Zwischen 1988 und 2003 zeigten die hinteren Schilder zudem die europäische Flagge.
Besondere Kennzeichen sind für den großherzoglichen Hof reserviert (z. B. CB für „Château de Berg“ mit einer vierstelligen Zahl auf gelbem Grund). Für spezielle Anlässe gibt es zweifarbige Kennzeichen (obere Hälfte blauer Grund, unten orange), den Hausfarben der großherzoglichen Familie. Sie bestehen oft aus ein bis zwei Ziffern. Wiederum andere Kennzeichen bestehen nur aus zwei Ziffern auf gelbem Grund, im linken Bereich ist statt des Länderkennzeichens das großherzogliche Wappen abgebildet.
Soll ein abgemeldetes Fahrzeug mit noch vorhandenem Kennzeichen wieder neu angemeldet werden, wird trotzdem ein neues Kennzeichen vergeben, wenn das vorhandene nicht über sechs Zeichen verfügt und nicht als Wunschkennzeichen vergeben wurde.
Es existieren noch sehr viele alte Kennzeichen mit zwei Buchstaben sowie drei Ziffern (Bsp. XY 123), diese verschwinden jedoch zusehends, da bei einer Neuanschaffung oder bei einer Ummeldung des Fahrzeugs ein Kennzeichenwechsel ins neue Format obligatorisch ist.
Noch ältere Kennzeichen tragen weiße Schrift auf schwarzem Grund. Militärfahrzeuge sowie Dienstwagen höherer Offiziere fahren mit ähnlichen Kennzeichen. Hier befindet sich allerdings links neben der Kennziffer das Emblem der luxemburgischen Armee.
Die Vergabe von Kennzeichen ist im Großherzogtum Aufgabe der SNCA (Société nationale de circulation automobile).