As malformações cavernosas familiares são causadas por uma única mutação genética em qualquer um dos três genes, CCM1, CCM2 ou CCM3. Na malformação cavernosa familiar, é típico desenvolver lesões múltiplas e ter familiares afetados em gerações consecutivas. 

As malformações cavernosas familiares são causadas por doença hereditária, que segue um padrão de herança autossómico dominante, o que significa que basta que um dos progenitores tenha a doença para que seja transmitida aos filhos. Cada filho de um progenitor com malformação cavernosa familiar tem 50% de probabilidade de herdar a doença. As malformações cavernosas familiares são causadas por uma mutação genética encontrada em todas as células do seu corpo, destruindo a função de uma cópia de um dos genes CCM. 

Vários estudos sugerem que a formação de lesões é semeada quando uma célula do vaso sanguíneo cerebral adquire uma segunda mutação na outra cópia deste gene CCM, resultando em uma perda completa da função da célula do vaso sanguíneo cerebral. 

A perda de função faz com que a célula comece a crescer e a dividir-se descontroladamente, tal como um tumor, e formando a lesão de malformação cavernosa.