Suuriruhtinas oli alkuaan Kiovan Venäjällä Kiovassa asuvan ruhtinaan arvonimi. Hänen katsottiin olevan Rurikin suvun päämies. Suvun sittemmin haarautuessa eri sukuhaarojen päämiehiä kutsuttiin suuriruhtinaiksi. Tätä arvoa käyttivät muun muassa Moskovan ja Vladimirin suuriruhtinaat. Iivana I Kalitan aikana vuonna 1328 Moskovan ruhtinasta alettiin kutsua koko Venäjän suuriruhtinaaksi. Nimitys pysyi käytössä senkin jälkeen, kun hallitsijaa alettiin vuonna 1547 kutsua tsaariksi.
Venäjän hallitsijoita kutsuttiin myös Volynian ja Podolian suuriruhtinaiksi sekä Suomen suuriruhtinaiksi vuosina 1809–1917. Myös muita Venäjän hallitsijasukuun kuuluvia kutsuttiin suuriruhtinaiksi tai suuriruhtinattariksi. Vuonna 1886 annetun asetuksen mukaan tätä arvoa saivat enää käyttää vain keisarin lapset, veljet, sisaret ja miehen puolelta sukua olevat lapsenlapset. Muita keisarihuoneen jäseniä kutsuttiin ruhtinaiksi.
Myös Liettuan hallitsijaa kutsuttiin Gediminasista lähtien suuriruhtinaaksi. Myöhemmin arvo siirtyi unionin myötä Puolan kuninkaalle. Lisäksi Itävallan keisari ja Unkarin kuningas ovat käyttäneet Transilvanian suuriruhtinaan arvonimeä.
Ruotsin kuningas Juhana III otti itselleen vuonna 1581 Suomen suuriruhtinaan arvon. Nimitys oli käytössä vapauden ajan (1719–1772) alkuvuosiin saakka. Kustaa IV Aadolf otti sen uudelleen käyttöön antamalla arvon pojalleen Carl Gustaville, joka eli vuosina 1802–1805. Myöhemmin Suomen suuriruhtinaan arvo kuului Venäjän keisarille.
Toscanan suurherttuakunnassa kruununprinssille annettiin suuriruhtinaan arvo. Käytännöstä luovuttiin Medicin dynastian sammuttua vuonna 1737.