尿卟啉原Ⅲ合成酶基因位于染色體10q25.3-26.3。患者的基因缺陷類型包括點突變插入和缺失。基因點突變類型多，報道在39個患者中發現22種不同點突變 [1] ，發生率高的部位為：Cys73→Avg，達38.5%純合子等位基因突變者臨床癥狀重常出生后即發病，依賴輸血。而雜合子或單一等位基因點突變者臨床癥狀輕。基因突變導致尿卟啉原Ⅲ合成酶活性減低，使尿卟啉Ⅲ生成減少，而尿卟啉Ⅰ生成過多，進而轉為尿糞卟啉在紅細胞、血漿中蓄積而發病但尿卟啉Ⅲ合成酶活性降低一般不影響血紅素合成，原因為其酶活性較ALA酶活性大1000倍以上，ALA為合成限制酶，僅少量尿卟啉Ⅲ合成酶即可滿足血紅素合成的需要。此外個別先天性紅細胞生成性卟啉病患者有尿卟啉原脫羧酶活性的缺陷，這提示至少部分患者可能是一種綜合征而不是單一遺傳性缺陷。
本病是一種綜合征，需有兩種缺陷才能臨床發病：一為先天性酶缺陷絕大多數為尿卟啉原Ⅲ合成酶缺乏；二為先天性或獲得性病態造血。但這種觀點極少與臨床相符，因為兩種缺陷在同一患者身上同時存在的幾率很低。極個別成人發生先天性紅細胞生成性卟啉病的最好解釋是患者原有臨床上先天性尿卟啉原Ⅲ合成酶缺陷，以后發生了病態造血疾病。大量的卟啉從幼紅細胞中釋放出來，沉積至多個器官組織，在光線照射下發生光輻射反應，形成原子氧對組織產生損傷。