偏头痛的病因尚不明确，可能与遗传、内分泌代谢、环境因素、精神因素有关。
偏头痛具有遗传易感性，约60%的偏头痛患者有家族史，如果一个人患偏头痛，则其亲属出现偏头痛的风险是一般人群的3~6倍。有学者找到了一类偏头痛患者的特殊的突变基因，而且有一定的常染色体显性遗传性，综合发作时的表现，这类偏头痛被称为家族性偏瘫性偏头痛（FHM）。
还有学者发现有一类神经系统兴奋性相关基因突变与偏头痛常见类型有关，以此推论偏头痛与大脑神经细胞的兴奋性紊乱有关。
这一因素在临床上表现非常明显，尤其是和女性激素水平有关，偏头痛女性可达男性的3倍，青春期女性发病尤其明显，而且常常有月经期发作规律，妊娠期或绝经后发作减少或不再发作。
含酪胺的奶酪，含亚硝酸盐的肉类、腌制食品，含苯乙胺的巧克力，含谷氨酸钠、阿斯巴甜的食品添加剂，葡萄酒以及咖啡因含量高的饮料均可诱发偏头痛。另外，不吃饭或禁食也可诱发偏头痛。
来自工作或生活的压力、紧张、情绪不稳定、应激及应激后放松可诱发偏头痛。
强烈的光线、响亮的声音、浓烈的气味（香水、油漆味、二手烟等）均可诱发偏头痛。
睡眠不足或睡眠过多均可诱发偏头痛。
强烈的体力活动可能诱发偏头痛，包括性活动。
有研究提示天气或气压的变化也可导致偏头痛。
口服避孕药和血管扩张剂（如硝酸甘油）可加重偏头痛。
