โรคฮีโมโกลบินผิดปกติเกิดจากข้อบกพร่องทางพันธุกรรม (การถ่ายทอดทางพันธุกรรมแบบ autosomal เด่น) ที่เกิดจากการกลายพันธุ์ในยีนโกลบินโครงสร้างเปปไทด์ผิดปกติหรือความผิดปกติของการสังเคราะห์ทำให้เกิดฮีโมโกลบินผิดปกติ กลุ่มของโรคดังกล่าวเรียกว่าโรคฮีโมโกลบินที่ผิดปกติ