Patofisiologi osteoarthritis paling sering berkaitan dengan penuaan sendi secara fisiologis, sehingga sering kali disebut dengan penyakit sendi degeneratif. Akan tetapi, banyak faktor yang juga dapat berperan dalam terjadinya osteoarthritis, seperti trauma, penggunaan berlebihan/overuse, faktor genetik, obesitas, dan perubahan hormon.
Faktor-faktor tersebut memberikan beban pada sendi secara berkepanjangan, sehingga menyebabkan terganggunya homeostasis dari sintesis-degradasi sendi yang menginduksi perubahan morfologi berupa kerusakan tulang rawan, pembentukan osteofit, sklerosis subkondral, dan kista tulang subkondral.