La malattia è caratterizzata da un ispessimento delle pareti cardiache, spesso asimmetrico cioè coinvolgente prevalentemente il setto interventricolare (che è la parete cardiaca che separa il ventricolo destro dal ventricolo sinistro) fino ad un rapporto 3:1 con la parete. La cavità ventricolare è ridotta e in immagini di ecocardiografica bidimensionale longitudinale, sezione parasternale, appare di forma allungata e talora con un restringimento verso l'apice secondario all'ispessimento del setto in sistole. L'endocardio può presentare delle placche murali a livello del cono d'efflusso, per il contatto in sistole con il setto ipertrofico. Si può trovare inspessito il lembo anteriore della valvola mitrale. Da un punto di vista microscopico, l'alterazione più caratteristica è il disarray delle fibre miocardiche, che perdono la loro peculiare distribuzione ordinata e divengono incrociate. Inoltre i vasi sanguigni risultano ispessiti (iperplasia della media) e hanno ridotta capacità di portare nutrimento al cuore. C'è anche un aumento variabile della componente fibrotica.