Perubahan patologis seperti gliosis kortikal, infark dan kalsifikasi, vakuolasi subkortikal, dan pembesaran abnormal pembuluh darah otak besar dan hubungannya dengan banyak arteri halus. Cedera otak terjadi terutama melalui pencurian darah arteri, iskemia serebral sekunder akibat gagal jantung, infark hemoragik, kompresi lesi, dan trauma bedah. Vena serebral besar berasal dari sistem aliran balik vena yang mengalirkan struktur perantara pleksus koroid dan pada awalnya tidak berkomunikasi dengan vena serebral internal yang dalam. Selama minggu keenam hingga kesebelas perkembangan embrio, jika karena suatu alasan embrio berkembang secara tidak normal dan bagian anterior vena serebral tidak mengalami degenerasi dan tersumbat dengan baik, fistula arteriovenosa dapat terbentuk. Perubahan embriologis ini menjelaskan lalu lintas arteriovenosa dari vena utama serebral primer yang terbuka langsung ke dinding kantung vena dan sebagian besar terletak di bagian anterior dan inferior dari dinding kantung. Arteri yang memasok aneurisma vena dapat berasal dari pembuluh pleksus koroid paramedian, arteri pleksus koroid posterior, arteri serebri, cabang arteri serebri superior, dan pembuluh darah meningeal; cabang-cabang penembusan talamus juga dapat terlibat dalam suplai darah karena aksi penyedotan. Perubahan patologis utama pada gliosis kortikal adalah hubungan arus pendek antara arteri serebral dan vena serebral besar, dengan sejumlah besar darah arteri memasuki vena serebral besar secara langsung, menyebabkannya menjadi sangat melebar, berbentuk bulat atau oval, dengan dinding yang keabu-abuan, menebal, dan keras; kadang-kadang terjadi trombosis, sering kali melebihi 3 cm. Jaringan otak di dalam lesi mengalami degenerasi, atrofi atau pelunakan. Arteri yang memasok vena serebral besar terhubung langsung ke arteri serebral posterior pada 87% kasus. 50% kasus disuplai hanya oleh arteri serebral posterior, sebagian besar secara unilateral, dan lebih sering di sisi kanan, atau bilateral. Yang lainnya mungkin disuplai oleh arteri serebral anterior, arteri serebral tengah, dan arteri serebelar superior. Pada kebanyakan kasus, hal ini terjadi, tetapi pada beberapa kasus, vena yang menguras dari malformasi arteriovenosa serebral diarahkan ke vena serebral besar, menghasilkan dilatasi yang signifikan dari vena serebral besar, yang biasanya berupa malformasi arteriovenosa besar dan fistula arteriovenosa besar di dalam lesi. Kesimpulannya, aneurisma vena serebral besar adalah hasil dari serangkaian perubahan hemodinamik yang disebabkan oleh aliran darah arteri bertekanan tinggi dalam waktu lama, yang menyebabkan arterialisasi dinding vena.