蛛网膜下腔出血主要是由于脑血管破裂，血液流入蛛网膜下腔引起的。其中，约85%的蛛网膜下腔出血是由颅内动脉瘤破裂导致的。动脉瘤好发于脑底动脉环的大动脉分支处，尤其是前循环的颈内动脉-后交通动脉、大脑前动脉-前交通动脉交界处等部位。
动脉瘤破裂引发
颅内动脉瘤是最常见的病因，约占所有蛛网膜下腔出血原因的85%。动脉瘤的形成与多种因素有关，比如先天性血管发育异常，部分人天生血管壁存在薄弱环节，随着年龄增长、血压波动等因素影响，就容易形成动脉瘤。另外，动脉硬化、感染等也可能促使动脉瘤的形成，当动脉瘤生长到一定程度，就可能发生破裂，导致血液流入蛛网膜下腔。
血管畸形导致
脑动静脉畸形也是引起蛛网膜下腔出血的重要原因。脑动静脉畸形是一团发育异常的脑血管，由异常沟通的动脉和静脉组成，中间没有正常的毛细血管结构。这些畸形血管壁往往比较薄，容易破裂出血。动静脉畸形在年轻人中相对多见，一旦破裂，就会引发蛛网膜下腔出血。还有一种是海绵状血管瘤，它是由众多薄壁血管组成的海绵状异常血管团，也可能破裂导致蛛网膜下腔出血，不过其发生率相对动脉瘤和动静脉畸形要低一些。
其他少见原因
血液系统疾病也可能导致蛛网膜下腔出血，比如白血病、再生障碍性贫血、血友病等。这些疾病会影响人体的凝血功能，当凝血功能出现严重异常时，就容易发生自发性的脑血管出血，进而流入蛛网膜下腔。另外，某些颅内肿瘤卒中也可能引起蛛网膜下腔出血，肿瘤生长过程中可能侵蚀周围血管，导致血管破裂出血。还有一些情况是外伤引起的，比如头部受到严重撞击等外伤时，脑血管可能会受损破裂，血液进入蛛网膜下腔，但这种外伤性蛛网膜下腔出血相对前几种原因来说比例较低。