Modelos biológicos têm tipicamente enquadrado a orientação sexual em termos de efeitos de variação na sinalização fetal androgénica na diferenciação sexual, embora existam outros modelos biológicos. Apesar das acentuadas diferenças sexuais na estrutura facial, a relação entre a orientação sexual e a estrutura facial é subestudada. Um total de 52 mulheres lésbicas, 134 mulheres heterossexuais, 77 homens gays, e 127 homens heterossexuais foram recrutados num campus canadiano e em vários eventos de Orgulho e sexualidade canadianos. Verificámos que a estrutura facial diferia consoante a orientação sexual; foi prevista uma variação substancial na orientação sexual usando métrica facial computada por um programa de modelação facial a partir de fotografias de rostos brancos. Ao nível univariado, as mulheres lésbicas e heterossexuais diferiram em 17 características faciais (de 63) e quatro eram preditores multivariados únicos em regressão logística. Os homens homossexuais e heterossexuais diferiram em 11 características faciais a nível univariado, dos quais três eram preditores multivariados únicos. Algumas, mas não todas, das métricas faciais diferiam entre os sexos. As mulheres lésbicas tinham narizes mais aparecidos (também mais aparecidos em homens heterossexuais), bocas mais enrugadas, testa mais pequena, e formas faciais marginalmente mais masculinas (também em homens heterossexuais) do que as mulheres heterossexuais. Os homens homossexuais tinham bochechas mais convexas, narizes mais curtos (também em mulheres heterossexuais), e testas mais inclinadas para trás em relação aos homens heterossexuais. A análise dos componentes principais e a análise das funções discriminantes corroboraram geralmente estes resultados. Os mecanismos subjacentes à variação da estrutura craniofacial – tanto relacionados como não relacionados com a diferenciação sexual – podem assim ser importantes para a compreensão do desenvolvimento da orientação sexual.