Рак шейки матки является очень редким отдаленным исходом персистирующей инфекции вирусом папилломы человека (ВПЧ) высокого риска. Прежде всего, инфекция ВПЧ приводит к предраковым изменениям, которые гистопатологически характеризуются недифференцированными клетками, занимающими различные уровни эпителия шейки матки. Недифференцированные клетки связаны с ядерными аномалиями, такими как увеличенные ядра, гиперхроматия, ядерный полиморфизм, а также митотические тельца. В зависимости от толщины эпителия, занятого недифференцированными клетками, и степени ядерной атипии, предраковые образования (также известные как цервикальная интраэпителиальная неоплазия, CIN) классифицируются как CIN1 (нижняя треть пораженного эпителия), CIN2 (нижние две трети пораженного эпителия) и CIN3 (больше нижних двух третей или вся толщина пораженного эпителия). CIN1 является результатом транзиторной инфекции ВПЧ и редко прогрессирует. CIN1 также классифицируется как плоскоклеточное интраэпителиальное образование низкой степени злокачественности (LSIL). CIN3 является истинным предшественником рака шейки матки с очень высоким риском прогрессирования в инвазивный рак. CIN2 имеет промежуточный уровень риска между CIN1 и CIN3. CIN2 и CIN3 совместно классифицируются как плоскоклеточное интраэпителиальное образование высокой степени злокачественности (HSIL).

Базальная мембрана эпителия остается интактной при LSIL или HSIL, а недифференцированные клетки остаются ограниченными эпителием. Если недифференцированные клетки прорывают базальную мембрану и распространяются за пределы эпителия, заболевание становится инвазивным раком. Большинство случаев рака шейки матки возникают из плоскоклеточных клеток и называются плоскоклеточным раком. Злокачественные новообразования, возникающие из железистых клеток, известны как аденокарцинома.