Thủ phạm được nhận diện là Seung-Hui Cho, 23 tuổi, công dân Hàn Quốc sinh sống ở Hoa Kỳ theo qui chế thường trú nhân. Cho đang theo học chương trình cử nhân tại Virginia Tech, trú ở tòa nhà Harper, một ký túc xá ở phía tây tòa nhà West Ambler Johnston.

Bản tường trình tháng 8 năm 2007 của ban điều tra Virginia Tech dành hơn 30 trang cho tiểu sử đầy rắc rối của Cho.[2] Mới ba tuổi người ta đã nhận ra Cho là một cậu bé yếu đuối, nhút nhát, không thích những tiếp xúc thân thể.[40] Lúc đầu, các phương tiện truyền thông nhắc đến những suy diễn của các thân nhân người Hàn Quốc của Cho cho rằng sát thủ là bệnh nhân tự kỷ,[41] nhưng bản tường trình đã bác bỏ điều này.[42] Đến lớp tám, Cho bị chẩn đoán trầm cảm nghiêm trọng và câm lặng (selective mutism), một dạng rối loại lo âu khiến cậu không muốn nói chuyện.[2][43][44] Gia đình tìm cách chữa trị trong thời gian Cho học trung học.[2] Những tường trình trước đó cho thấy Cho thường bị bắt nạt khi ở trung học do khuyết tật này dù ban điều tra Virgiania không đưa ra xác nhận nào.[45] Giới chức trường học có làm việc với cha mẹ Cho, các tư vấn viên sức khỏe tâm thần đã giúp đỡ Cho trong hai năm cuối trung học. Nhưng dần dà Cho từ chối điều trị. Sau khi vào học ở Virginia Tech, không có báo cáo nào của trường về các vấn đề của Cho, cũng không có quy chế giáo dục đặc biệt nào vì luật liên bang về bảo vệ sự riêng tư cấm tiết lộ những thông tin như thế.[44]

Ban điều tra Virginia Tech liệt kê chi tiết các hành động bất thường của Cho khi bắt đầu năm thứ hai như là những dấu hiệu cảnh báo về tình trạng tâm thần đang xấu đi của Cho. Một vài giáo sư đã báo cáo rằng các bài viết cũng như hành vi của Cho trong lớp học có biểu hiện rối loạn tâm thần, và khuyến khích Cho xin tư vấn.[46][47] Cho cũng bị điều tra do những cáo buộc rình rập và quấy nhiễu hai nữ sinh viên.[48] Trước đó, đã có tin báo Cho gây nên vụ thảm sát là vì có gây gổ xung đột cá nhân với bạn gái. Tuy nhiên Emily Hilscher, một trong hai nạn nhân đầu tiên, không có liên hệ mật thiết gì với sát thủ.[49] Năm 2005, một thẩm phán đặc biệt ở Virginia tuyên bố Cho mắc bệnh tâm thần và buộc Cho phải điều trị.[50]

Bản tường trình này cũng qui lỗi cho giới chức đại học vì đã giải thích sai luật liên bang về quyền riêng tư mà giấu kín các thông tin về tình trạng bệnh tật của Cho,[51][52] đồng thời chỉ ra những khiếm khuyết của trung tâm tư vấn Virginia Tech, luật tâm thần và dịch vụ sức khỏe tâm thần của tiểu bang Virginia. Tuy nhiên, bản tường trình kết luận "chính Cho mới là trở ngại lớn nhất trong nỗ lực ổn định sức khỏe của mình" trong khi ở đại học.[2]

Các chẩn đoán về tình trạng tâm lý của Cho trong thời điểm diễn ra cuộc thảm sát chỉ đơn thuần là những suy diễn.[53] Các phương tiện truyền thông thường so sánh động lực giết người và tình trạng tâm thần của Cho với hai sát thủ trong vụ thảm sát trường trung học Columbine; song không thể khẳng quyết rằng động lực và tình trạng tâm thần của Eric Harris và Dylan Klebold là tương đồng với Cho. Trong quá trình điều tra, cảnh sát tìm thấy trong phòng của Cho một cuốn sổ tay ghi những nhận xét về "bọn nhóc giàu có", "lũ trụy lạc", và "đám lang băm dối trá." Ngày 18 tháng 4 năm 2007, NBC News nhận một bưu kiện Cho gởi đến trong thời điểm giữa hai cuộc tàn sát, gồm một tuyên ngôn dài 1.800 từ, hình ảnh, và 27 băng video kỹ thuật số, trong đó Cho ví sánh mình với Chúa Giê-xu, và bày tỏ sự căm ghét đối với giới giàu có.[54] Cho nói, "Các người dồn ta vào chân tường, cho ta chỉ duy nhất một lựa chọn… Các người thích đóng đinh ta. Các người thích gieo ung bứu vào đầu ta, nỗi kinh hãi vào tim ta, và xé nát linh hồn ta."[55] Theo kết luận của ban điều tra Virginia Tech, bởi vì Cho không có khả năng xử lý các căng thẳng, và một tương lai u ám vì bị đưa vào thế giới của việc làm, tài chính, trách nhiệm và gia đình", Cho quyết định tự biến mình thành một người "sẽ được tưởng nhớ như là cứu tinh của những kẻ bị áp bức, chà đạp, nghèo khó, và bị chối bỏ."[2]