血红蛋白尿是由于血管内溶血，红细胞被大量破坏，血红蛋白释放入血液，超过了结合珠蛋白的结合能力，过多的血红蛋白从肾小球滤出，形成血红蛋白尿。一般来说，当血管内红细胞破坏率达到一定程度，就可能出现血红蛋白尿情况。
一、血管内溶血相关因素导致血红蛋白尿形成
1. 红细胞自身异常因素：
遗传性因素：某些遗传性红细胞膜缺陷疾病，如阵发性睡眠性血红蛋白尿症，患者体内的红细胞膜存在缺陷，对补体的敏感性增加，容易在血管内被激活的补体攻击而破坏。这种疾病是由于基因突变导致红细胞膜蛋白异常，使得红细胞不能正常抵抗补体的破坏作用，从而引发血管内溶血，产生血红蛋白尿。酶缺乏因素：葡萄糖 - 6 - 磷酸脱氢酶（G - 6 - PD）缺乏症也是常见的导致血管内溶血的原因。当患者食用蚕豆、服用某些氧化性药物等诱因存在时，G - 6 - PD缺乏的红细胞容易被氧化损伤，在血管内破坏，释放出血红蛋白形成血红蛋白尿。
2. 外部因素导致血管内溶血：
机械性因素：微血管病性溶血性贫血就是典型的因机械性因素导致血管内溶血的情况。例如，弥漫性血管内凝血（DIC）时，微血管内形成纤维蛋白条索，红细胞通过时受到机械性损伤而破碎；人工心脏瓣膜置换术后，由于人工瓣膜的机械作用，红细胞在流经时被破坏，引发血管内溶血，进而出现血红蛋白尿。化学物质或药物因素：某些化学物质如蛇毒、毒蕈等，药物如亚硝酸盐类等，都可能导致血管内溶血。蛇毒中的成分可以直接破坏红细胞膜，使红细胞在血管内破裂，释放血红蛋白；亚硝酸盐类药物能使血红蛋白中的二价铁氧化成三价铁，形成高铁血红蛋白，影响其携氧功能，同时也会导致红细胞在血管内破坏，产生血红蛋白尿。
二、血红蛋白尿的释放与排泄过程
当血管内红细胞破坏释放出血红蛋白后，血红蛋白与血浆中的结合珠蛋白结合形成复合物。但当血红蛋白量过多时，结合珠蛋白不能完全结合，未结合的血红蛋白就会从肾小球滤过。正常情况下，肾小管可以重吸收少量的血红蛋白，但当血管内溶血严重时，滤过的血红蛋白超过了肾小管的重吸收能力，就会出现血红蛋白尿，通过尿液排出体外，此时尿液外观可呈浓茶色或酱油色。
三、疾病状态下的血红蛋白尿表现
一些疾病状态下更容易出现血红蛋白尿。比如疟疾，疟原虫感染人体后，在红细胞内繁殖，破坏红细胞，导致血管内溶血，引发血红蛋白尿。还有自身免疫性溶血性贫血，患者体内产生自身抗体，这些抗体攻击自身的红细胞，使红细胞在血管内被破坏，出现血红蛋白尿的表现。医生在诊断时，会通过检测尿液中的血红蛋白、结合珠蛋白等指标来判断是否存在血红蛋白尿以及溶血的情况。