膝关节软骨由软骨细胞和细胞外基质组成。软骨细胞可以合成和分泌软骨基质，软骨基质中胶原蛋白的含量非常高。随着年龄的增长，胶原蛋白纤维开始失去弹性，软骨细胞合成蛋白多糖的能力下降，造成软骨的弹性下降。关节经过几十年的运转活动，出现骨质疏松，再加上各种原因导致的损伤，软骨的退变和磨损程度逐渐加重，便逐渐形成了关节炎。导致膝关节骨性关节炎的原因主要有以下几点：
1、慢性劳损。膝关节长期姿势不良、负重用力、负荷过重、过度使用，可能导致关节软骨损伤；
2、肥胖。体重的增加和膝关节骨性关节炎的发病率成正比，肥胖患者的体重下降可以减少膝关节骨性关节炎的发病；
3、骨质疏松。当软骨下骨小梁变薄、变硬时，其承受压力的耐受性就会减小，因而在骨质疏松患者出现骨性关节炎的几率明显增多；
4、外伤。膝关节外伤一方面可以导致关节软骨损伤，另外也可以造成韧带或者半月板的损伤，使关节处于不稳定的状态，受力不平衡导致局部压力增加，加速了软骨的退行性变；
5、遗传因素。不同种族的膝关节受累的情况各不相同。另外，性别也在膝关节骨性关节炎的发病中有明显的影响，本病主要以女性较为多见。