肯尼迪氏癥SBMA和X染色體脆性綜合征一起被最早證實為三核苷酸重復序列的擴增所致（1991年），屬于動態突變遺傳病。SBMA是位于Xq11～12的雄性激素受體（androgenreceptor，AR）基因1號外顯子中編碼多聚谷氨酰胺（polyglutamine）的CAG區域出現了重復序列異常擴展而致病。正常為9~39次重復，亞洲人的中位數是22~23次，SBMA患者重復次數為40~60次。
AR蛋白在神經細胞的存活和樹突的生長中發揮作用。正常AR蛋白為110～112kDa，突變后為74kDa。截短了的AR蛋白形成不溶性的N末端蛋白片段，與其他多聚谷氨酰胺疾病一樣，在細胞核內形成包涵體，后者與許多細胞內蛋白，如：分子伴侶、蛋白水解通路的各種成分等共存。突變后的AR誘導細胞凋亡的能力增加，具有細胞毒性作用，可導致神經細胞變性，也可減少精子的發生。至今包涵體是參與了疾病的發病機制抑或是一種保護機制尚未清楚。
與其他由三核苷酸重復序列擴增引起的遺傳病一樣，本病也有遺傳早現現象（anticipation），即一代比一代提早發病，且一代比一代癥狀嚴重。此種遺傳早現現象還受到父或母傳遞的影響，由父親傳遞的疾病較由母親傳遞的嚴重。發病年齡與（CAG）重復序列的拷貝數呈反比。到21世紀初已發現p（CAG）n重復序列擴展的拷貝數越多，臨床癥狀越重，發病越早。但在不同的家族和不同的群體中，SBMA臨床癥狀和體征有很大的差別。直接鑒定AR基因上p（CAG）n重復序列拷貝數已成為確診本病的可靠指標。