Nel 1830 la rivoluzione belga conduce alla creazione di un regno del Belgio separato dai Paesi Bassi, il territorio francofono del Granducato è amministrato dal nuovo regno belga mentre la fortezza del Lussemburgo è controllata dai Paesi Bassi.

Infine, con il trattato di Londra del 19 aprile 1839 inizia il percorso di costruzione di uno stato indipendente, sono quindi fissati i confini che in seguito non verranno più modificati.

Una carta costituzionale presentata nel 1841 e tre costituzioni successive (1848, 1856 e 1868) formano la base istituzionale per il giovane Stato e garantiscono ai cittadini i diritti e le libertà fondamentali.

Il sistema politico scelto è quello di una democrazia rappresentativa sotto la forma di una monarchia costituzionale. Comincia a costituirsi in questa fase il sentimento nazionale, si scrivono canzoni patriottiche e si sviluppa una letteratura in lussemburghese.

Dopo il trattato di Londra del 1839, il Granducato di Lussemburgo resta legato ai Paesi Bassi attraverso la connessione dinastica alla casata Orange-Nassau e alla Germania per l’adesione alla Confederazione germanica e l’adesione nel 1842 allo Zollverein – l’unione doganale tedesca.

Dalla seconda metà del XIX secolo, il Paese registra una forte crescita economica grazie alla scoperta di depositi di minerali ferrosi, allo sviluppo delle connessioni ferroviarie – necessarie per importare carbone/coke ed esportare minerale di ferro e prodotti finiti – e all’espansione dell’industria metallurgica-siderurgica.

Inizia sul finire di questo secolo un importante fenomeno migratorio che da questo momento in avanti caratterizzerà, a fasi alterne, la storia lussemburghese; la componente italiana, tanto alla fine del XIX secolo, quanto in seguito nel XX secolo e ancora oggi, è rilevante nel numero come nell’apporto sociale e culturale (si veda in proposito il saggio sull’immigrazione italiana).

Nel 1867, un anno dopo la fine della Confederazione germanica, a seguito di una crisi tra Francia e Prussia, viene proclamato lo statuto di neutralità del Lussemburgo: l’ultima guarnigione prussiana lascia il Paese e la fortezza di Lussemburgo viene smantellata.

Nel 1890, alla morte di Guglielmo III, termina la linea dinastica Orange-Nassau e con essa il legame con i Paesi Bassi: la corona granducale passa al ramo Nassau-Weilburg, il cui primo esponente è il granduca Adolfo.