組織學檢查發現動脈瘤壁僅存一層內膜，缺乏中層平滑肌組織，彈性纖維斷裂或消失。瘤壁內有炎性細胞浸潤。電鏡下可見瘤壁彈力板消失。巨大動脈瘤內常有血栓形成，甚至鈣化，直栓分層呈”洋蔥”狀。動脈瘤為囊性，呈球形或漿果狀。外觀紫紅色，瘤壁極薄，術中可見瘤內的血流旋渦。瘤頂部更為薄弱，98%的動脈瘤出血位于瘤頂。破裂的動脈瘤周圍被血腫包裹，瘤頂破口處與周圍組織粘連。
依動脈瘤位置將其分為
①頸內動脈系統動脈瘤
約占顱內動脈瘤的90%，包括頸內動脈-后交通動脈瘤，前動脈-前交通動脈瘤，中動脈動脈瘤;
②椎基底動脈系統動脈瘤
約占顱內動脈瘤的10%，包括椎動脈瘤、基底動脈瘤和大腦后動脈瘤。 動脈瘤直徑小于0.5cm屬于小型，直徑在0.6—1，5cm為一般型，直徑在1.6 —2.5cm屬大型，直徑大于2.5cm的為巨大型。直徑小的動脈瘤出血機會較多。顱內多發性動脈瘤約占20%，以兩個者多見，亦有三個以上的動脈瘤。