急性白血病的发病与某些环境因素，例如既往接受过化疗、放疗或接触过化学物质有关。另外，前期有血液病病史，例如骨髓增生异常综合征和骨髓增殖性肿瘤，也可导致急性白血病的转化。
某些类型的急性白血病，是由于特殊的染色体或基因异常，造成骨髓中造血干细胞异常，大量增殖并停止分化，在骨髓中堆积产生大量的白血病细胞。这些白血病细胞失去免疫系统的监控，在骨髓中异常增殖，并抑制正常造血，导致急性白血病的发病。患者会表现为外周血白细胞异常增多，伴有分类异常，同时伴有贫血和血小板减少，还有某些白血病与遗传因素有一定关系。