AS的病因目前尚未完全阐明，近年来，分子模拟学说(molecular mimicry)从不同的角度全面地解释了发病的各个的环节，流行病学调查结合免疫遗传研究发现，HLA-B27在强直性脊柱炎患者中的阳性率高达90%以上，证明AS与遗传有关，大多数学者认为其与遗传，感染，免疫，环境因素等有关。
1、遗传：遗传因素在AS的发病中具有重要作用，据流行病学调查，AS患者HLA-B27阳性率高达90%～96%，而普通人群HLA-B27阳性率仅4%～9%;HLA-B27阳性者AS发病率约为10%～20%，而普通人群发病率为1%～2%，相差约100倍，有报道，AS患者一级亲属患AS的危险性比一般人高出20～40倍，国内调查AS患者一级亲属患病率为24.2%，比正常人群高出120倍，HLA-B27阳性健康者，亲属发生AS的几率远比HLA-B27阳性AS患者亲属低，所有这些均说明，HLA-B27在AS发病中是一个重要的因素，但是应当看到，一方面HLA-B27阳性者并不全部都发生脊柱关节病，另一方面，约有5%～20%的脊柱关节病患者检测HLA-B27呈阴性，提示除遗传因素外，还有其他因素影响AS的发病，因此，HLA-B27在AS表达中是一个重要的遗传因素，但并不是影响本病的惟一因素，有几种假设可以解释HLA-B27与脊柱关节病的关系：
(1)HLA-B27充当一种感染因子的受体部位。
(2)HLA-B27是免疫应答基因的标志物，决定对环境激发因素的易感性。
(3)HLA-B27可与外来抗原发生交叉反应，从而诱导产生对外来抗原的耐受性。
(4)HLA-B27增强中性粒细胞活动性。
借助单克隆抗体，细胞毒性淋巴细胞，免疫电泳及限制片段长度多形态法，目前已确定HLA-B27约有7种或8种亚型，HLA-B27阳性的健康者与脊柱病患者可能有遗传差别，例如，所有HLA-B27阳性个体都有一个恒定的HLA-B27M1抗原决定簇，针对此抗原决定簇的抗体可与HLA-B27发生交叉反应，多数HLA-B27分子还有M2抗原决定簇，HLA-B27M2阴性分子似乎比其他HLA-B27亚型与AS有更强的联系，尤其是亚洲人，HLA-B27M2阳性亚型可能对Reiter综合征的易感性增强，现已证明，HLA-B27M1与M2两种抗原决定簇和致关节炎因子如克雷伯杆菌，志贺杆菌和耶尔森菌能发生交叉反应，反应低下者似乎多表现为AS，反应增强者则发展为反应性关节炎或Reiter综合征。
2、感染：近年来的研究提示，AS发病率可能与感染有关，发现AS患者在AS活动期中肠道肺炎克雷伯杆菌的携带率及血清中针对该菌的IgA型抗体滴度均较对照组高，且与病情活动呈正相关，有人提出克雷伯杆菌属与HLA-B27可能有抗原残基间交叉反应或有共同结构，如HLA-B27宿主抗原(残基72～77)与肺炎克雷伯杆菌(残基188～193)共有同源性氨基酸序列，其他革兰阴性菌是否具有同样序列则不清楚，免疫化学分析发现，HLA-B27阳性Reiter综合征患者约50%血清中有抗体与这种合成的肽序列结合，HLA-B27阳性AS患者有29%，而对照组仅有5%，据统计，83%的男性AS患者合并前列腺炎，有的学者发现约6%的溃疡性结肠炎患者合并AS，其他报道也证实，AS患者中溃疡性结肠炎和局限性肠炎的发生率较普通人群高许多，故推测AS可能与感染有关。
3、其他：有人发现，60% AS的患者血清补体水平增高，大部分病例有IgA型类风湿因子，血清C4和IgA水平显著增高，血清中有循环免疫复合物，但抗原性质未确定，以上现象提示，免疫机制参与本病的发病，创伤，内分泌，代谢障碍和变态反应等亦被疑为发病因素，总之，目前本病病因未明，尚无一种学说能完满解释AS的全部表现，很可能在遗传因素的基础上受环境因素(包括感染)等多方面因素的影响而致病。
4、病理：本病早期的组织病理特征与类风湿关节炎不同，其基本病理变化为肌腱，韧带骨附着点病变，也可发生一定程度的滑膜炎症，常以骶髂关节发病最早，以后可发生关节粘连，纤维性和骨性强直，组织学改变为关节囊，肌腱，韧带的慢性炎症，伴有淋巴细胞，浆细胞浸润，这些炎性细胞成团分布于较小的滑膜血管周围，邻近的骨组织内也可有慢性炎性病灶，但其炎性病灶与滑膜的病变过程无关，本病与类风湿关节炎病理改变的不同点是，关节和关节旁组织，韧带，椎间盘和环状纤维组织有明显钙化趋势，本病的周围关节滑膜炎组织学改变与类风湿关节炎也不尽相同，其滑膜炎浆细胞以IgG型和IgA型为主，滑液中淋巴细胞较多，并可见到吞噬了变性多核细胞的巨噬细胞，滑膜炎症很少有广泛侵蚀性和畸形改变。
骶髂关节炎是强直性脊柱炎的病理标志，也常是其最早的病理表现之一，骶髂关节炎的早期病理变化包括软骨下肉芽组织形成，组织学上可见滑膜增生和淋巴样细胞及浆细胞聚集，淋巴样滤泡形成以及含有IgG，IgA和IgM的浆细胞，骨骼的侵蚀和软骨的破坏随之发生，然后逐渐被退变的纤维软骨替代，最终发生骨性强直，脊柱的最初损害是椎间盘纤维环和椎骨边缘连接处的肉芽组织形成，纤维环外层可能最终被骨替代，形成韧带骨赘，进一步发展将形成X线所见的竹节样脊柱，脊柱的其他损伤包括弥漫性骨质疏松，邻近椎间盘边缘的椎体破坏，椎体方形变及椎间盘硬化，其他脊柱关节病也可观察到相似的中轴关节病理学改变。
强直性脊柱炎的周围关节病理显示滑膜增生，淋巴样浸润和血管翳形成，但没有类风湿关节炎常见的滑膜绒毛增殖，纤维原沉积和溃疡形成，在强直性脊柱炎，软骨下肉芽组织增生常引起软骨破坏，其他慢性脊柱关节病也可见到相似的滑膜病理，但赖特综合征的早期病变则突出表现为更显著的多形核白细胞浸润。
肌腱端炎是脊柱关节病的另一病理标志，是在韧带或肌腱附着于骨的部位发生的炎症，在强直性脊柱炎常发生于脊柱和骨盆周围，最终可能导致骨化，在其他脊柱关节病则以外周如跟腱附着于跟骨的部位更常见，最新的研究表明，强直性脊柱炎的软骨破坏主要从软骨下骨，肌腱与骨结合部的炎症开始逐步向软骨发展(由内向外)，而类风湿关节炎则主要由滑膜炎开始，逐步出现软骨及软骨下骨的破坏(由外向内发展)。