層粘連蛋白的分子結構獨特，是一種分子質量（820~850kDa）極高的糖蛋白，含糖15%~28%，其長度相當于基膜的厚度。由一條重鏈（A鏈）及兩條輕鏈（B1及B2）構成不對稱的十字形結構，有三條短臂和一條長臂，每一條短臂由2~3個球區及短桿區構成，長臂末端為一較大的球區。A鏈（440kDa）近N端部分成一條短臂，包括2~3個球形結構區域及兩個短桿區；C末端卷曲形成至少由3個球區構成的大球區。B1（230kDa）及B2（220kDa）鏈近N端肽段各形成一個短臂，包括兩個由一短桿分隔的球區；近C端肽段與A鏈共同形成長臂的桿區。在十字交叉處二硫鍵十分豐富。層粘連蛋白亦是由多個結構域構成的多功能分子，具有與Ⅳ型膠原、腱蛋白、硫酸乙酰肝素、肝素、半乳糖腦硫脂及神經節苷脂等分子結合的部位。與Ⅳ型膠原結合的部位存在于長臂及三個短臂的球區，后者皆含有RGD序列。長臂中與Ⅳ型膠原結合的部位亦是層粘連蛋白自相聚合的結合點，腱蛋白牢固結合于十字交叉區。現已證明層粘連蛋白分子至少有4個部位與細胞結合。