膝关节炎的发生机制是因为关节软骨的破坏和磨损，从而导致关节软骨下骨的硬骨神经暴露，关节活动过程中会刺激到硬骨神经，从而导致疼痛的发生。
且膝关节炎病人往往会合并滑膜炎，引起滑膜组织的增生、渗出，因为增生、渗出导致关节里面的肿胀。
无菌性炎症发生也可能会引起膝关节的疼痛，同时膝关节炎的病人合并关节的感染，引起关节里面的感染性的渗出增加，甚至引起里面化脓性的改变，也会引起膝关节的明显红肿、热痛，这也是疼痛非常重要的原因。