偏頭痛的病因尚不明確，可能與下列因素有關：
遺傳因素
約60%的偏頭痛病人有家族史，其親屬出現偏頭痛的風險是一般人群的3～6倍，家族性偏頭痛患者尚未發現一致的孟德爾遺傳規律，反映了不同外顯率及多基因遺傳特征與環境因素的相互作用。家族性偏癱型偏頭痛是明確的有高度異常外顯率的常染色體顯性遺傳，已定位在19p13（與腦部表達的電壓門P/Q鈣通道基因錯譯突變有關）、1q21和1q31等三個疾病基因位點。
內分泌和代謝因素
本病女性多于男性，多在青春期發病，月經期容易發作，妊娠期或絕經后發作減少或停止。這提示內分泌和代謝因素參與偏頭痛的發病。此外，5-羥色胺（5-HT）、去甲腎上腺素、P物質和花生四烯酸等代謝異常也可影響偏頭痛發生。
飲食與精神因素
偏頭痛發作可由某些食物和藥物誘發，食物包括含酪胺的奶酪、含亞硝酸鹽防腐劑的肉類和腌制食品、含苯乙胺的巧克力、食品添加劑如谷氨酸鈉（味精），紅酒及葡萄酒等。藥物包括口服避孕藥和血管擴張劑如硝酸甘油等。 另外一些環境和精神因素如緊張、過勞、情緒激動、睡眠過度或過少、月經、強光 也可誘發。