结构的主体是一个带有内部激光源的环形谐振腔，谐振腔环路中有由同一光源发出的沿相反方向传播的两束激光，通过检测相位差或干涉条纹的变化即可获得闭合光路旋转角速度。由于激光是基于受激发射放大原理而产生的一种相干光辐射，故激光陀螺仪的测量原理仍然是以萨奈克效应（Sagnac effect）为基础的。

激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器是由石英制成的三角形或正方形闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个或三个不透明的反射镜和一个半透明镜。用高频电源或直流电源激发混合气体，产生单色激光。为维持回路谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。

从激光陀螺仪结构形式看，有分离式（组件式）和整体式两种。分离式结构的特点是激光管在谐振腔中作为单独的器件。这种结构简单，易于制造，而且反射镜和激光管是分离的，便于拆卸。整体式结构的特点是在谐振腔内将激光管和环路合为一体，这种结构可保证对准稳定性，且零件数量少，但必须全密封，以免工作气体漏出腔外。实际中多采用的是整体式结构。

1913年，法国物理学家M.萨奈克（M.Sagnac）提出了采用环形光路干涉测量角度速度的原理，被称作萨奈克效应。但限于当时的技术水平，这种光学干涉仪在精度上距离实用较远。20世纪60年代初，随着激光器件的问世，人们开始把氦氖激光器应用到环形光路干涉仪中，采用有源谐振的原理，制成了第一台激光陀螺仪。20世纪70年代，激光技术的飞速发展推动了激光陀螺仪的发展，出现了可用于惯性导航系统中的激光陀螺仪。