Come avviene per la maggior parte dei tumori, le cause dello sviluppo di un astrocitoma sono a tutt'oggi sconosciute. È noto il ruolo svolto da mutazioni cromosomiche e genetiche nella crescita incontrollata delle cellule coinvolte, in questo caso quelle cerebrali. L'unico fattore di rischio ambientale conosciuto in grado di aumentare la probabilità che insorga un astrocitoma è l'esposizione ad alte dosi di radiazioni ionizzanti. Per questo motivo, ad esempio, le persone sottoposte a radioterapia per il trattamento di patologie tumorali, presentano un aumento del rischio di sviluppare anche a distanza di molti anni un glioma, gruppo al quale appartiene l'astrocitoma. Anche la storia familiare, ossia la presenza di uno o più casi di glioma nella stessa famiglia, può aumentare il rischio di sviluppare la malattia, anche se in maniera modesta. La stessa cosa si può dire per alcune sindromi ereditarie rare come la sindrome di Lynch, la sindrome di Cowden, la sindrome di Li-Fraumeni, la sindrome di Turcot e la neurofibromatosi di tipo I e II.