如果子宮腺肌症病變輕微，子宮可以是正常大小；而在出現明顯臨床症狀的病例中，大多數表現為子宮增大。子宮增大多數是伴隨子宮內膜侵入而出現的子宮平滑肌細胞肥大引起的，極少數是由子宮內膜組織本身引起的。子宮腺肌症病灶有瀰漫型和侷限型兩種。

瀰漫型

這種較為多見。子宮呈瀰漫、均勻、球形增大。一般不超過妊娠12周子宮大小。巨大的子宮往往是由於子宮腺肌症合併子宮肌瘤所引起。少數病例子宮正常大小，甚至萎縮（多見於絕經後或因其他疾病而切除子宮的患者）。剖面可見肌層明顯增厚、變硬，一般約2-4cm，厚者可達6-7cm，甚至更厚，以後壁增厚為多見。後壁子宮腺肌症佔一半以上。受累部位可在肌壁間見到粗厚的肌纖維帶，呈旋渦狀及編織狀結構，但不形成結節，病變部位與周邊組織無明確的分界，亦無假包膜。

在增生的肌束間有暗紅色或紫藍色的小裂隙，可以小到只有針尖大小，也可以擴大達數毫米，形成微囊腔，其中充滿著暗紅色或藍色的陳舊血液。有時病灶中無出血，呈透明而柔軟的海綿狀區域，夾雜在增生的肌束內。

侷限型

少數子宮內膜在子宮肌層中呈侷限型生長形成結節或團塊，類似子宮肌壁間肌瘤，稱子宮腺肌瘤。子宮呈不規則的結節狀。病變處較正常的子宮肌組織硬韌，觸之有結節感。切面見肌層內有單個或多個結節，肌束增生，呈漩渦狀及編織狀結構，這種結節像子宮肌層內平滑肌瘤，但是沒有假包膜，不能完整剝出。偶可見帶蒂子宮腺肌瘤突入宮腔內，酷似子宮黏膜下肌瘤。結節的切面可見到大小不等的出血小腔或半透明海綿樣區域。有時侷限型的子宮腺肌症累及到子宮角，表現為子宮的單角或雙角呈球形鼓出，一般為lcm直徑大小；切面見該處肌層增生，夾雜出血小腔或半透明海綿樣區域。這種宮角的子宮腺肌症與結節性輸卵管炎是兩種不同的疾病，後者在輸卵管峽部形成腺瘤樣結構，兩者都可以阻塞輸卵管，引起不孕。