一般认为，血友病关节病变的发生和发展是多因素的，其中以关节滑膜炎为特征、以关节软骨的退行性改变为基础。

早期关节出血使关节囊肿胀、关节间隙增宽。反复多次出血，关节内积血不能完全吸收，含铁血黄素沉着，刺激滑膜增生和关节囊纤维组织增厚，又因失用性肌萎缩使得关节周围软组织显得异常膨大。

由于反复出血，滑膜绒毛侵蚀，同时因承重和损伤使得关节软骨破坏，继发退变性骨关节改变，表现为关节间隙变窄、关节面增生硬化、边缘骨质增生、软骨下骨囊性变。

在骨骼生长发育期发生的关节出血，因长期充血使骨骺提前出现、早期闭合，骨骺、干骺端增宽变方，这是血友病性骨关节病的一个特征性改变。

由于反复出血导致进行性增大的囊性包块，囊内可有纤维分割，从而形成多房间隔的假瘤。位于肌肉内的肿块使肌纤维变薄、移位，多层变薄的肌纤维常被误认为是假囊，在囊内常含有大量钙化、骨化、含铁血黄素沉积，骨膜下出血常常伴有反应性新骨形成。