緊張性頭痛的原因目前研究并不清楚。研究表明有兩大類原因，一個是顱周肌肉的緊張，另一個是中樞疼痛調節機制的異常。如果為顱外筋膜持續的疼痛，可使體內產生導致疼痛的物質，如激肽、緩激肽、P物質、降鈣素、基因相關肽、前列腺素等，它的分泌增加，從而使得脊髓后角三叉神經脊束核二級神經元，以及丘腦的三級神經元，還有大腦的感覺皮層這一系列的感覺傳導通路發生敏化，感覺傳導通路敏化后，使得患者對于頭痛的敏感性更高，更容易導致頭痛的發作。緊張性頭痛還有一些其他的原因，如長期頸部的勞累、姿勢的異常、肌肉的緊張及情緒的焦慮緊張、睡眠障礙等均可以導致緊張性頭痛的發生。