丛集性头痛发病前无先兆，常在夜间或患者熟睡后突然发作，头痛剧烈而被惊醒，在短时间内达到高峰，开始在一侧眼眶周围或眼上方，迅速扩展到同侧额处，以至一侧面部，甚至同侧肩、颈部。疼痛性质为跳痛或烧灼样疼痛，站立时疼痛减轻，发作时多伴有同侧眼部、面部发红，流涕，鼻塞，流泪，颞动脉充盈及病侧皮肤温度升高，每次发作持续数十分钟，极少超过24小时。发作多在同一侧，每天以十分规律的方式发作，少数病例可出现霍纳氏征，连续数周和数月后头痛停止。若间隔数月或数年再发作又称慢性丛集性头痛。
一般认为，本病的发生系由于头部的某些局部血管，主要为颈外动脉尤其是颞浅动脉分支，偶或颈内动脉系统出现急性发作性扩张所致。丛集性头痛常与组织胺有关，亦有人认为本病为人体对组织胺过敏，以至面部皮肤和眼、鼻、口腔粘膜及脑膜血管的舒张，神经过度兴奋的结果。另一些人则认为，岩大浅神经内含有副交感血管舒张及分泌纤维，当其受到刺激即可导致发病。总之本病的发生原因与发病机制仍在探索中。
