Nguyên nhân gây ra bệnh lao màng não là do trực khuẩn lao tạo ra những ổ viêm tập trung nơi đáy não.[6] Việc vùng dưới nhện thân não bị viêm kéo theo các dây thần kinh sọ bị ảnh hưởng theo. Vì vậy người mắc bệnh sẽ có một số triệu chứng giống với những thương tổn chiếm chỗ (đột qụy, xuất huyết dưới nhện, choáng).[7]

Bệnh lao màng não lây lan qua đường máu, có lẽ là do trực khuẩn lao đã vượt qua hàng rào máu não. Bên cạnh đó, có nhiều bệnh nhân mắc lao màng não do vỡ các ổ chứa trực khuẩn lao ở não.[8] Cũng có bệnh nhân mắc lao màng não do vỡ ổ trực khuẩn lao ở cột sống.[9]