本症的病理变化特点是异位的子宫内膜有受雌激素的影响，发生反复周期性出血从而导致病灶四周组织纤维化，最后形成结节或包块。切开包块及结节，可见陈旧性出血及瘫痕，镜检可见子宫内膜腺体及间质在盆腔子宫内膜异位中，卵巢是子宫内膜异位症最常见的位置。
如病变仅限于卵巢表层，可见到大小不等的囊肿。囊肿可以是单侧，也可以是双侧的，最大的可大于10cm直径，在囊肿中含有褐色糊状液体，故也称卵巢巧克力囊肿。囊肿表面常有出血或破损，以致整个囊肿与邻近器官发生粘连，并固定于阔韧带后叶，或嵌入子宫直肠陷凹内。此外子宫直肠陷凹部腹膜及子宫既骨韧带亦是常发生的部位，病变部位呈紫褐色出血点或小结节。镜下则可见到异位的子宫内膜腺体及间质组织。
由于子宫内膜周期性增生、剥脱、出血的"本性"难改， 因此，在移位处仍每月反复出血，越积越多，相互粘连，结为一硬块，形成"子宫内膜瘤"。异位在卵巢的内膜，周期性出血、积聚形成含巧克力样液的肿物---医学上叫"卵巢巧克力囊肿"。这较大的巧克力囊肿被认为来源于卵泡或黄体囊肿的间变。也可能是卵巢表面异位内膜向下生长的结果。
