颅内动脉瘤多因脑动脉管壁局部的先天性缺陷和腔内压力增高的基础上引起囊性膨出，是造成蛛网膜下腔出血的首位病因。动脉壁发生粥样硬化使弹力纤维断裂及消失，削弱了动脉壁而不能承受巨大压力。硬化造成动脉营养血管闭塞，使血管壁变性。40～60岁是动脉硬化发展的明显阶段，同时也是动脉瘤的好发年龄，这足以说明二者的相互关系。
动脉瘤形成的病因，概括有以下几种：
1、先天性因素 脑动脉管壁的厚度为身体其他部位同管径动脉的2/3，周围缺乏组织支持，但承受的血流量大，尤其在动脉分叉部。管壁中层缺少弹力纤维，平滑肌较少由于血流动力学方面的原因，分叉部又最易受到冲击，这与临床发现分叉部动脉瘤最多、向血流冲击方向突出是一致的管壁的中层有裂隙、胚胎血管的残留先天动脉发育异常或缺陷（如内弹力板及中层发育不良）都是动脉瘤形成的重要因素。先天动脉发育不良不仅可发展成囊性动脉瘤，也可演变成梭形动脉瘤。动脉瘤病人的Willis环变异多于正常人两侧大脑前动脉近端发育不对称与前交通支动脉瘤的发生有肯定的关系，即动脉瘤由发育好的一侧前动脉供应，该侧不仅供血到动脉瘤，还供血到两侧前动脉。动脉瘤常与一些先天性疾患如颅内动静脉畸形、主动脉弓狭窄、多囊肾隐性脊柱裂、血管痣并存。文献中不断有家族性颅内动脉瘤的报道这也是先天性原因的一个佐证。
颅内动脉瘤在西欧东欧、日本、美国、智利、瑞典较多远比颅内动静脉畸形多，它们之间的比例为8∶1～4∶1但在中国印度、中东动脉瘤却少得多，而动静脉畸形相对较多，在中国它们之间的比例为1∶1。Bhagwati认为印度的动脉瘤少与Willis动脉环的先天变异少有关，他连续解剖了1021例Willis动脉环，发现其变异如血管缺如索条状血管、副血管、重复血管、前交通支融合及多发异常等占30.4%认为解剖上的变异少是印度颅内动脉瘤少的一个因素。在1021例Willis动脉环仅发现2例（0.2%）动脉瘤都在大脑中动脉，都有全身性的动脉粥样硬化，而Willis动脉环无解剖变异。在西方的尸解中，颅内动脉瘤为0.93%～3.7%。因此，认为印度的颅内动脉瘤少是由于脑血管的先天变异及粥样硬化少的关系。但也可能与饮食内容不同有关
2、动脉硬化 动脉壁发生粥样硬化使弹力纤维断裂及消失，削弱了动脉壁而不能承受巨大压力。硬化造成动脉营养血管闭塞，使血管壁变性。40～60岁是动脉硬化发展的明显阶段，同时也是动脉瘤的好发年龄，这足以说明二者的相互关系。尤其是梭形动脉瘤多与动脉硬化有关，也可由于先天性动脉发育不良晚近发现垂体腺瘤病人较其他肿瘤易于并发颅内动脉瘤，但是否因长期高水平的生长激素诱发动脉硬化所致尚无定论。
3、感染 感染性动脉瘤约占全部动脉瘤的4%。身体各部的感染皆可以小栓子的形式经血液播散停留在脑动脉的周末支，少数栓子停留在动脉分叉部。颅底骨质感染颅内脓肿、脑膜炎等也会由外方侵蚀动脉壁，引起感染性或真菌性动脉瘤。感染性动脉瘤的外形多不规则。
4、创伤 颅脑闭合性或开放性损伤、手术创伤，由于异物器械、骨片等直接伤及动脉管壁或牵拉血管造成管壁薄弱，形成真性或假性动脉瘤和平时期的创伤性动脉瘤多位于颈内动脉的海绵窦部，由于该部的颅骨骨折引起。战争弹片伤造成的颅内动脉瘤占战争创伤患者的2.5%；大多数是由于弹片从翼点（额、顶、颞骨与蝶骨大翼交界处）穿入，造成大脑中动脉的主要分支、大脑前动脉的胼周动脉及眼动脉动脉瘤。
5、其他 此外还有一些少见的原因如肿瘤等也能引起动脉瘤。颅底异常血管网症、脑动静脉畸形、颅内血管发育异常及脑动脉闭塞等也可伴发动脉瘤