強直性脊柱炎病理的特徵性改變是韌帶附著端病, 病變原發部位是韌帶和關節囊的附著部, 即肌腱端的炎症, 導致韌帶骨贅形成、椎體方形變、椎骨終板破壞、跟腱炎和其他改變。 因為肌腱端至少在生長期是代謝活躍部位, 是幼年發生強直性脊柱炎的一個理要區域, 至於為何好發於肌腱端, 仍不明了。
病變最初從骶髂關節逐漸發展到骨突關節炎及肋椎關節炎, 脊柱的其它關節由上而下相繼受累。 AS周圍關節的滑膜改變為以肉芽腫為特徵的滑膜火。 滑膜小血管周圍有巨噬細胞、淋巴細胞和漿細胞浸潤、滑膜增厚,
隨著病變的進展, 關節和關節附近有較顯著的骨化傾向。 早期韌帶、纖維環、椎間盤、骨膜和骨小梁為血管性和纖維性組織侵犯, 被肉芽組織取代, 導致整個關節破壞和附近骨質硬化;經過修復後, 最終發生關節纖維性強直和骨性強直, 椎骨骨質疏鬆, 肌萎縮和胸椎後凸畸形。 椎骨軟骨終板和椎間盤邊緣的炎症, 最終引起局部骨化。