Los modelos biológicos han enmarcado típicamente la orientación sexual en términos de los efectos de la variación en la señalización de andrógenos fetales en la diferenciación sexual, aunque existen otros modelos biológicos. A pesar de las marcadas diferencias sexuales en la estructura facial, la relación entre la orientación sexual y la estructura facial está poco estudiada. Se reclutó a un total de 52 mujeres lesbianas, 134 mujeres heterosexuales, 77 hombres gays y 127 hombres heterosexuales en un campus canadiense y en varios eventos canadienses sobre el orgullo y la sexualidad. Descubrimos que la estructura facial difería en función de la orientación sexual; se predijo una variación sustancial en la orientación sexual utilizando métricas faciales calculadas por un programa de modelado facial a partir de fotografías de rostros blancos. A nivel univariante, las mujeres lesbianas y heterosexuales diferían en 17 rasgos faciales (de un total de 63) y cuatro eran predictores únicos multivariantes en la regresión logística. Los hombres homosexuales y heterosexuales diferían en 11 rasgos faciales a nivel univariante, de los cuales tres eran predictores multivariantes únicos. Algunos de los rasgos faciales, pero no todos, diferían entre ambos sexos. Las mujeres lesbianas tenían narices más respingonas (también más respingonas en los hombres heterosexuales), bocas más fruncidas, frentes más pequeñas y formas faciales marginalmente más masculinas (también en los hombres heterosexuales) que las mujeres heterosexuales. Los hombres homosexuales tenían mejillas más convexas, narices más cortas (también en las mujeres heterosexuales) y frentes más inclinadas hacia atrás en relación con los hombres heterosexuales. El análisis de componentes principales y el análisis de funciones discriminantes corroboraron en general estos resultados. Los mecanismos que subyacen a la variación de la estructura craneofacial -tanto relacionados como no relacionados con la diferenciación sexual- pueden ser, por tanto, importantes para entender el desarrollo de la orientación sexual.