骨性关节炎的主要病理改变为软骨退行性变性和消失，以及关节边缘韧带附着处和软骨下骨质反应性增生形成骨赘，并由此引起关节疼痛、僵直畸形和功能障碍。
正常情况下，关节之间摩擦力很小不会造成磨损，除非过度使用或损伤。造成骨关节炎的最可能原因是合成软骨成分的异常，如胶原(是一种坚韧的、结缔组织中的纤维蛋白)和粘蛋白(一种产生软骨弹性的物质)的异常。另外，软骨虽然生长旺盛，但是很薄，其表面很容易发生破裂。关节边缘的骨过度生长，形成可以看见和摸到的包块(称为骨赘)。骨赘引起关节面不平，干扰正常关节的功能，引起疼痛。
骨性关节炎在临床上，可分为原发性和继发性二类。原发性骨关节炎，是指用目前所有的检查方法查不出病因的骨关节炎，通常所指的骨关节炎属于这一类;继发性骨关节炎是指在其它各种病因或疾病的基础上，诱发的病变，如创伤、类风湿关节炎、神经及内分泌疾病等。这一类骨关节炎的病变比较局限，不伴发赫伯登结节。反复使关节劳损的人群是患骨关节炎的高危人群，如铸造工人、矿工和公共汽车司机等。但是进行长跑锻炼的人却不是患本病的高危人群。肥胖是造成骨关节炎的主要因素，但目前证据尚不充分。
