黃嘌呤氧化酶的分子量較大，約27萬，并含有兩分子FAD、兩個鉬原子和八個鐵原子。酶中的鉬以鉬蝶呤輔因子的形式存在，是酶的活性位點。鐵原子則為 [2Fe-2S] 鐵氧還蛋白鐵硫簇的一部分，參與電子轉移反應。
黃嘌呤氧化酶是一種黃素蛋白酶，存在于各種生物體中，可催化體內的嘌呤底物形成尿酸。黃嘌呤氧化酶的晶體結構已經被解析，它由1330個氨基酸構成，其氨基酸序列在鼠和人之間具有90%的同源性，它是由兩個完全對稱的結構單元構成，每一個結構單元為145 ku，其催化中心包括一個鉬蝶呤中心、兩個鐵-硫中心和一個黃素腺嘌呤二核苷酸，其中鉬蝶呤中心是黃嘌呤氧化酶催化黃嘌呤生成尿酸的關鍵位點。