双眼上斜肌麻痹的病因包括先天因素和后天因素。
先天因素主要是神经肌肉的发育异常所导致的，如上斜肌部分或全部缺如，肌肉附着点移位等等。滑车神经核发育不良，多表现为单侧性。后天性因素，由于滑车神经在颅内走行径路比较长，容易受炎症、肿瘤、外伤、血液循环障碍等原因，引起损伤。
后天性上斜肌麻痹性斜视的病因包括各类肿瘤及脑血管病变、糖尿病及缺血性疾病、头部外伤、原因不明。如果滑车神经交叉于下丘脑水平的前髓帆部损伤则发生双侧性上斜肌麻痹。头部外伤多合并有昏迷史。