其致病基因是位于 4 号染色体上的亨廷顿基因（HTT）。正常情况下，这个基因编码的亨廷顿蛋白具有一定的生理功能。但在亨廷顿舞蹈症患者中，该基因中的 CAG 三核苷酸重复序列异常扩增。
正常的 CAG 重复次数一般在 10 - 35 次，而在患者中，这个重复次数可达到 36 次以上。CAG 重复次数越多，发病年龄可能越早，病情也可能越严重。这种突变导致产生的异常亨廷顿蛋白，其结构和功能发生改变，会逐渐在神经细胞内聚集，对神经细胞产生毒性作用。

主要累及大脑的基底神经节（特别是尾状核和壳核）和大脑皮质。这些区域的神经细胞会出现进行性的变性和死亡。
随着病情进展，大脑萎缩，脑沟变宽、脑回变窄，神经元丢失，同时伴有胶质细胞增生，以试图修复受损的神经组织。

最典型的症状是舞蹈样动作。患者会出现不自主的、无规律的、快速的、幅度较大的肢体动作，比如面部肌肉抽搐，挤眉弄眼，舌头也可能不自主地伸缩；四肢会出现挥舞、扭动等动作，就像在跳舞一样。这些动作在情绪激动或紧张时会加重，睡眠时会消失。
随着病情的发展，还会出现肌张力障碍，表现为肌肉持续收缩，导致肢体扭曲、姿势异常，例如颈部肌肉收缩可使头部偏向一侧，或者身体出现扭转的姿势。

早期可能表现为记忆力减退、注意力不集中、思维迟缓等。
随着疾病进展，会出现更严重的认知问题，如执行功能障碍，患者难以完成复杂的任务，如计划一次出行、组织语言进行写作等。还会出现判断力下降，对事物的理解和决策能力变差。最终可能发展为痴呆。

情绪障碍很常见，患者可能出现抑郁、焦虑情绪，情绪波动较大，容易被激惹。
还可能出现精神分裂症样症状，如幻觉、妄想等。部分患者会有性格改变，比如原本性格温和的人变得暴躁、冲动、冷漠等。