Il sistema nervoso autonomo o involontario, che è coinvolto nel controllo delle funzioni fondamentali dell'organismo, come il mantenimento della frequenza cardiaca e della pressione sanguigna, viene influenzato nei due terzi dei casi di sindrome di Guillain-Barré, ma tale impatto è variabile. Nel 20% si riscontrano gravi fluttuazioni della pressione sanguigna e irregolarità nel battito cardiaco, a volte fino al punto che vi è la necessità di impianto di un pacemaker. Altri problemi correlati sono anomalie nella sudorazione (anidrosi, ipoidrosi o iperidrosi) e cambiamenti nella reattività delle pupille. Il coinvolgimento del sistema nervoso può colpire anche coloro che non hanno una grave debolezza muscolare.