子宫肌瘤发病机制尚不能完全明确。生化学检测证实肌瘤中雌二醇的转化明显低于正常组织，肌瘤组织中的雌激素受体浓度明显高于周边组织，认为肌瘤组织局部对雌激素的高敏感性是肌瘤发生的重要因素之一。 孕激素有促进肌瘤细胞有丝分裂、刺激肌瘤生长的作用。细胞遗传学显示部分子宫肌瘤细胞存在细胞遗传学异常。分子生物学研究提示子宫肌瘤由单克隆平滑肌细胞增殖而成，多发性平滑肌瘤是由不同克隆的平滑肌细胞增殖形成。