斯特奇-韦伯综合症其发病机制系先天性外、中胚层发育障碍所致,与神经纤维瘤病、结节性硬化症同属斑痣性错构瘤病(phacomatosis)或母斑病。皮肤血管瘤是沿三叉神经一个分支以上分布的,其颅内脑膜有类似血管瘤损害、大脑皮质毛细血管可示管壁增厚、钙化、特别是大脑皮质的第二和第三层。神经系统的病理改变主要是软脑膜血管瘤、静脉内皮细胞增生,病变处脑膜增厚,最常见于枕叶,与皮肤血管痣同侧。血管瘤下皮质萎缩及硬化、神经元和神经纤维减少、胶质细胞增生及钙质沉着。皮肤改变为毛细血管扩张而非真正的血管瘤。因而,有认为本病似乎由毛细血管壁先天性薄弱,或神经组织发育缺陷所致。