Aneurisme otak berkembang di dalam dinding arteri yang lemah atau rusak, meskipun penyebab ini belum sepenuhnya dipahami. Satu kemungkinan, adalah proses degenerasi, di mana faktor-faktor, seperti penambahan usia dan tekanan darah tinggi memainkan peran yang sangat menentukan. Sering kali, hal ini juga dikaitkan ke aterosklerosis, satu penyakit pembuluh darah yang menyebabkan pembuluh darah untuk mengeras akibat endapan lemak yang tertumpuk di bagian dalam dinding pembuluh darah .
Aneurisme otak pada umumnya terjadi pada orang yang menderita gangguan genetika khusus, termasuk gangguan jaringan konektif dan penyakit polikistik indung telur, penyakit ginjal. Sebagian penyakit sirkulasi darah, seperti “arteriovenous malformation”, juga bisa menyebabkan aneurisme otak. Penyebab lainnya termasuk konsumsi alkohol dan obat secara berlebihan, cedera kepala, infeksi dan tumor.