龙门式激光加工系统的机械结构和机加工的龙门式机床相似，由此得名。
这是大型高功率激光加工机经常采用的结构，主要由激光器系统（激光器、电源及冷却系统），光学系统（导光和聚焦系统），机床主机（床身、主轴、龙门式框架、进给机构等），计算机数控系统。伺服驱动装置、辅助装置（液压、冷却、照明、测量、排屑等机构）等组成。
龙门式框架可进行二维或三维的直线运动，末端的聚焦系统提供二维转动，由x、y两个方向组成的直角坐标运动系统用以完成工件和激光光斑的相对运动，可以工件运动，也可以激光光班运动，或者是两者的组合运动。龙门式激光加工系统进行三维工件加工时，经常由激光加工头进行两个方向的转动，即在xy平面360°的旋转和在z方向上180°的摆动。来实现任意部位的加工。在加工大尺寸材料时，经常是让龙门框架固定不动，让工作台带动工件进行一个坐标方向的运动，例如，切割2mX5m长方形板材时，常采用加工5m长方向时工作台移动，加工2m短方向时激光移动的方法来完成加工任务。
当需要加工很大尺寸的工件，如10m宽的工件时，一般采用全部光斑运动的方法，目前经常采用飞行光学加工系统。
龙门式激光加工系统运动精度和刚度较高，加工范围大，但是体积较庞大，造价较高，汽车外壳等复杂表面的加工方面有一定困难，需要采用激光加工用机器人来完成任务。
