Species in the subfamily Leptodactylinae exhibit a great diversity of reproductive modes and adopt different reproductive strategies, including polyandrous matings. The analysis of the gonad and sperm morphology in a phylogenetic context is crucial to understand the evolution of this alternative reproductive strategy in anurans. Here, we describe the sperm morphology and ultraestructure of 11 Leptodactylus species and that of Lithodytes lineatus and investigated the relationship between gonad and sperm morphology in polyandrous and non polyandrous Leptodactylus species using phylogenetic comparative methods. Our analysis revealed that the sperm ultraestructure of the leptodactylines was very similar to that of other anurans. The main differences occurred at the acrosomal complex region. Furthermore, we detected two distinct sperm morphotypes, one of them observed in all polyandrous species analyzed. Polyandrous Leptodactylus species produced larger sperm at higher densities and presented larger relative testes mass and seminiferous tubules compared to non polyandrous species. The correlated character evolution test showed that these gonad and sperm traits, all with values above the mean, correlated with the presence of polyandry in the genus. Thus, our results suggest that the sperm competition is an important selective pressure, leading to an increase in sperm size and density in Leptodactylus males, also increasing gonad mass allocation, probably as a way to increase fertilization successAs espécies da subfamília Leptodactylinae apresentam grande diversidade de modos reprodutivos, acompanhada de diferentes estratégias reprodutivas, dentre elas os acasalamentos poliândricos. A análise da morfologia de gônadas e espermatozoides em um contexto filogenético é uma importante ferramenta para se compreender a evolução desta estratégia reprodutiva alternativa em anuros. Assim, neste estudo descrevemos a morfologia e ultraestrutura de espermatozoides de 11 espécies de Leptodactylus e de Lithodytes lineatus, bem como investigamos as relações entre as características das gônadas e espermatozoides em espécies poliândricas e não poliândricas de Leptodactylus, utilizando métodos comparativos filogenéticos. Nossa análise ultraestrutural mostrou que os espermatozoides dos leptodactilíneos são semelhantes aos de outros anuros. As principais diferenças ocorreram na região do complexo acrossomal. Além disso, detectamos dois tipos morfologicamente distintos de espermatozoide, sendo um deles observado em todas as espécies poliândricas analisadas. As espécies poliândricas de Leptodactylus apresentaram maior comprimento e densidade de espermatozoides, além de maior massa relativa de testículo e diâmetro do túbulo seminífero em comparação com as não poliândricas. O teste de correlação de caracteres evolutivos mostrou que estas características, todas com valores acima da média, foram correlacionados com a ocorrência de poliandria no gênero. Dessa forma, nossos resultados sugerem que a competição de esperma em espécies de Leptodactylus exerce importante pressão de seleção, levando, principalmente, a um aumento no tamanho e densidade de espermatozoides e aumento no investimento em gônadas, provavelmente como forma de aumentar o sucesso de fertilização dos machosFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)