腎血管性高血壓是由於缺血導致腎素-血管緊張素-醛固酮軸激活而產生的。患腎由於血流灌注減少而釋放腎素，腎素促使血管緊張素原因轉化成血管緊張素Ⅰ，血管緊張素Ⅰ經血管緊張素轉化成酶轉化血管緊張素Ⅱ。血管緊張素Ⅱ是一種強烈的血管收縮劑，血管緊張素Ⅱ（AⅡ）還可刺激腎上腺分泌醛固酮，從而出現鈉潴留。
腎動脈阻塞性疾病可單側或雙側發病，或發生於獨腎患者，因不同類型的腎血管性高血壓的病理生理也不相同。在雙腎模式（雙腎，一腎鉗夾型）中，缺血腎釋放腎素導致水鈉潴留，但對側正常腎髒會出現壓力性利尿排鈉，從而使患者實際上出現負鈉平衡，進一步增加了腎素釋放。
在單腎模式（單腎，單腎鉗夾型）中，沒有對側腎的影響，從而阻止了鈉的喪失，細胞外液體積增加使血腎素活性受抑，此類患者血壓升高主要是體液過量所致。雙腎動脈狹窄患者情況與之類似。
