Ciment des relations multilatérales, les associations internationales ont toujours rythmé la vie du LCTO. Bien avant la création de l’aïeul du LCTO, la capitale du Grand-Duché fut représentée dans l’"Association des villes belges et luxembourgeoises pour attirer les touristes étrangers".

Aujourd’hui le LCTO est membre de l’European Cities Marketing (ECM) et de l’Association Internationale des Villes Francophones de Congrès (AIVFC).

Par ailleurs, le LCTO est le bras touristique de la coopération interurbaine QuattroPole (Luxembourg, Metz, Sarrebruck, Trèves) dont la Ville de Luxembourg est membre.

Le LCTO participe aux diverses activités de promotion véhiculées par ces organisations internationales.

Au niveau national, le LCTO est membre de l’Office National du Tourisme, partenaire privilégié pour les actions promotionnelles à travers le monde, et actionnaire de la société de congrès Luxembourg Congrès.  En plus, il est représenté dans l’Association des châteaux luxembourgeois, dans l’Agence luxembourgeoise d’action culturelle ainsi que dans la Commission Nationale du Tourisme.

Au niveau municipal, le LCTO participe aux discussions menées au sein des groupes de travail municipaux "signalétique", "plan lumière", "i-phone", "commerce", "image de marque", "comité de pilotage événementiel", "gestion de l’espace public" et "Cité Cercle".