惡性橫紋肌肉瘤是由發展異常的早期肌肉細胞發展而來，這些異常通常是由基因變異引起。

目前已知的基因變異情況只能解釋極少數病例，大多數病例仍沒有明確的發病原因。基本病因在於橫紋肌肉瘤起源於橫紋肌母細胞，當橫紋肌母細胞分裂增殖出現異常，就可能發展為橫紋肌肉瘤。橫紋肌肉瘤是兒童軟組織肉瘤中最常見的一種惡性腫瘤，可發生於身體各個部位，常見於頭頸部、四肢和泌尿生殖器官。可分為胚胎性橫紋肌肉瘤、腺泡狀橫紋肌肉瘤、多形性或者間變性。目前已知某些特定的基因或染色體和橫紋肌肉瘤發病有關，如部分胚胎性橫紋肌肉瘤存在11號染色體雜合缺失，部分腺泡狀橫紋肌肉瘤中存在染色體易位，比如2、13號染色體在長臂3區5帶和長臂1區4帶之間發生易位，或者第1號染色體和13號染色體易位形成相應的融合基因PAX3和PAX7。

還有部分橫紋肌肉瘤與TP53基因突變有關，誘發遺傳疾病如先天性綜合徵與橫紋肌肉瘤的發病風險增高有關，包括利弗勞梅尼癌症易感綜合徵、其它Ⅰ型神經纖維瘤病、貝威綜合徵等。但是這些遺傳或先天風險非常罕見，並不意味一定會患橫紋肌肉瘤。