本病特征为心肌肥厚和心脏重量增加，心脏各部位呈现不同程度的肥厚，最常见为室间隔肥厚，心室壁肥厚可超出正常值3倍以上，呈不对称性肥厚。室间隔肥厚向左心室腔内突出，引起左心室流出道梗阻，被称为“肥厚型梗阻性心肌病”。肥厚型非梗阻性心肌病则是指室间隔肥厚程度较轻，未引起左室流出道明显梗阻。心尖区的心肌肥厚较著的变异型肥厚型心肌病，心包下冠状动脉正常，但心室壁内冠状动脉数增多而管腔狭窄。

本病可由多个单基因突变引起，约50%患者有家族史，呈常染色体显性遗传。遗传因素是形成本病的主要原因，有7个基因、70余种突变与该病有关，其中最具特征性的是位于第14号染色体上的肌球蛋白重链(MHC)基因突变。

病理组织学表现为心肌细胞极度肥大、排列紊乱，细胞核畸形，肌束结构破坏呈螺旋状;随病情发展，心肌纤维化成分逐渐增多，并可有冠状动脉壁增厚、管腔变小。收缩期二尖瓣前叶越早贴靠在室间隔上，压力阶差就越大，射血时间延长就越明显。此外，凡能降低左室容量的因素，如血管扩张、Valsalva动作、下蹲后突然站立等，均可诱发收缩期压力阶差出现或使其加重;增强心肌收缩力的因素，如紧接室性期前收缩之后的心脏冲动等，亦可增加流出道的压力阶差;而握拳动作因增加了外周血管阻力，可使压力阶差减小。心肌肥厚、心室舒张期顺应性降低及左室充盈压增高，可引起气短，特别是活动后心慌、气短;心排出量降低导致的心率加快进一步缩短左室充盈期，如此形成恶性循环，降低心脏的储备功能和运动耐量。