强直性脊柱炎病人初期呈进行性炎症反应，主要发生在脊柱的关节，也经常包括髋关节和肩关节。很少影响到周围关节，偶有病人出现眼和心脏的损害。脊柱的可动关节和周围关节呈现和类风湿性关节炎相似的滑膜炎，血管翳的形成造成软骨破坏和骨的侵蚀。这些变化最后引发机体的修复反应过程，导致关节的纤维性或骨性强直。
强直性脊柱炎发病年龄在15～20岁，开始常表现为下腰痛，疼痛可涉及到臀部或大腿后部，呈发作性，常伴有僵硬。症状沿脊柱向上发展，可达胸廓和肩关节。疾病过程出现脊柱活动受限时，大部分症状已缓解，到40～50岁时炎症已停止。晚期强直性脊柱炎病人直立时胸椎后凸增加，正常腰椎前凸减少。随着病程进展，病人矢状位正常曲线丢失，脊柱变为后凸。
X线改变对典型的强直性脊柱炎具有诊断价值。X线改变最早发生在骶髂关节，分为三期：
①软骨下和关节周围骨质减少；
②随着炎症的进展，关节腔受到侵蚀而丢失；
③软骨下骨质硬化，新骨形成骨桥直到关节腔消失则说明为炎症愈合期。
早期脊柱的X线表现为胸腰椎体前角呈方形。椎体骨质疏松经常伴随椎体终板凹度减少。椎体旁骨化表现为韧带性骨赘形成。这种骨化在纤维环处形成，受波及的椎体间形成骨桥。
早期韧带骨赘纤细，分界清楚，晚期形成脊柱竹节样改变。脊柱后方结构包括椎间关节囊、棘间韧带、棘上韧带和黄韧带也会受到侵犯，这些结构的晚期改变导致脊柱在X线呈电车轨样表现。周围关节随着炎症过程发展出现骨量减少，关节侵蚀和骨化。
后期，发病初期常见的关节炎症愈合。在周围关节中髋关节比其他关节更容易受到炎症的破坏，发生严重的侵蚀改变和骨化，造成髋关节的完全强直。