脑胶质瘤病在1897年认识此病以前，早期的文献中对此病的命名有许多争议。1938年，Nevin第一次详细描述了此病，病理学特征为“脑的基础结构完全保持，神经胶质细胞过度增生”。1943年，Scheinker等命名为“弥漫性脑神经胶质母细胞瘤病”，并定义为具有脑一般结构完整的弥漫性脑肿胀。现在的定义：病变浸润性或多发性生长，涉及2个脑叶以上(通常3个)，细胞类型可以是星形胶质细胞、少突胶质细胞或两者混合，Kemohan分级属低级别(1～2级)脑胶质瘤。本病各年龄段都可发病，发病年龄为6～62岁不等，平均年龄34岁，多见于青年。男女比例基本为1：1。
GC病变的过程主要是浸润而不是破坏，已被WHO定为浸润性肿瘤生长过程。其特点是肿瘤细胞广泛分布、浸润性生长。受累脑部弥漫性肿大，肿瘤和脑组织间无边界，皮质也广泛受累。组织学通常是较低级的星形细胞瘤，类似原纤维型星形细胞瘤，肿瘤细胞分化水平不一，其中有比例不等的细胞有不同程度的间变化。有的病例在肿瘤细胞浸润最多的部位可发展成局灶性病变。GC至少累及两个脑叶，通常是三个，以额、颞叶侵犯最多见，此外还可累及胼胝体、基底核、顶叶、枕叶等，小脑、脑干、延髓浸润的几率较低，一般直到晚期才累及脑干和脑神经。占位效应不明显，无明显灶性出血坏死。大多数学者认为GC并不是起源于单一的实质性病灶，而是起源于广泛区域的胶质细胞，但它的组织起源问题仍有争议。
GC起病隐匿，病程长短不一，呈进行性发展，任何年龄都可发病，发病初期可无神经系统阳性体征。临床表现多变，缺乏特征性的临床症状或体征，也无局灶性脑脊髓损害的症状和体征。最常见的症状是颅内压增高、癫痫等症状。其他症状及体征有皮质脊髓束受累(58％)、智能减退或痴呆(44％)、头痛(39％)、脑神经功能障碍(37％)。脑脊液检查多数正常或只有少数蛋白略增高。脑电图大都有弥漫慢波增多，有时伴棘波。
CT扫描缺乏特征发现，多发病灶呈低密度、等密度区，没有强化效应，难以准确反映病灶及其范围。MRI诊断价值远远优于CT，可以显示弥漫的浸润性生长，无明显的增强效应。T1像呈低信号或等信号，T2像呈广泛高信号区，T2像和质子像显示的病变范围比T1像提供的信息有价值，可发现单个或多个病灶强化。SPECT及PET检查比MRI扫描显示的病灶范围更广泛。
脑神经胶质瘤病的脑标本重量增加，肉眼可见病变区大脑广泛肿胀，质硬，灰白质界线模糊(这一点有助于最后的诊断)，脑回变平，占据大部分大脑半球，整个一侧或两侧大脑半球，或者包括丘脑、基底节、视交叉、脑桥、延髓及其脊髓上段等不同范围，均有报道；切面看不到实质肿块，正常和病变区无界线，大脑的结构轮廓仍存在，皮质、髓质、胼胝体、基底核等结构均原封不动地保存，只是弥漫性增大，病变侧侧脑室变窄。个别发现脑叶有界线欠清的肿块或呈颗粒状，中度发硬，可伴出血和软化；少数导水管受挤压，脑室系统明显变窄或扩大等。除非有间变区，一般少见出血坏死和囊性变。
显微镜下见胶质瘤细胞在大脑两半球、丘脑、基底核、小脑齿状核、脑干、视交叉、第三和第四对脑神经、上段脊髓乃至自上而下至第九胸髓及软脑膜下的胶质瘤广泛浸润，向神经元和血管周围及Virchow-Robin间隙的白质与灰质区浸润，基底核外周和血管周围较密集；腰髓以下无瘤细胞浸润，但发现后柱有灶性胶质细胞堆集。主要在血管、神经元周围及软脑膜下呈浸润性生长，不形成局部瘤团，而基本的原有解剖结构无破坏。增生的肿瘤细胞一般都是星形细胞系列，并可发现各种不同阶段的细胞，大多数以银染证实为星芒状星形细胞和单双极的长形细胞，后者被认为是成胶质母细胞(spongioblasts)。还可见形状不规则的，介于星状和极性细胞之间的细胞。瘤细胞体积较小，形态各异：卵圆、梭形和多形都有。胞浆小量或中等量。细胞核形态多种多样，呈多形性，可有卵圆形、圆形、菱形、双极或多棱突出的。瘤巨细胞和细胞有丝分裂相常见；新形成的胶质纤维也很突出，纠缠在增生的胶质细胞之间。瘤细胞浸润处神经组织结构轻度破坏。在大、小脑的皮质，增生的胶质细胞靠近软膜下，形成更密集的增生带，有时向软膜外突出，肉眼呈颗粒状。白质髓鞘受损增厚，也有髓鞘脱失，但神经柱常保持，少有受损；星形细胞和少支胶质细胞多见，白质内肿瘤细胞弥漫浸润于传导束问。瘤细胞还可在血管周围和神经元周围生长。神经元被分离，也有排列紊乱、退变、消失的表现，致皮质结构模糊难认。出现间变则为胶质母细胞瘤，GFAP免疫染色阳性。分化程度很不一致，部分退化。一旦出现间变就可见病灶内出血或坏死。原浆及其突起的胶质纤维酸性蛋白酶免疫染色阳性。
近来电镜研究也发现大脑胶质瘤病是一种小而一致细胞的瘤样过程，即星形细胞到少支胶质细胞的过渡形式是处于各发展阶段起源于星形细胞的瘤细胞。
大脑胶质瘤病的明显的浸润性生长使得现在大多数学者认为大脑胶质瘤病并不是起源于单一的实质性病灶，而是起源于广泛区域的胶质细胞，但它的组织起源问题仍有争议：一是中枢神经系统中神经胶质细胞胚胎发育不良，最终成瘤细胞样畸变，演变成弥漫分布的肿瘤；二是星形细胞的内在广泛扩播而非孤立性小瘤向外浸润的结果；三是多中心的瘤体的瘤细胞进一步扩散乃至弥漫浸润。究竟是弥漫浸润或多中心扩播，尚难定论。但有些病例肿瘤细胞从大脑到脊髓广泛浸润很难设想是单瘤灶弥漫浸润，似更支持多中心说。
