Les causes des leucémies aiguës ne sont pas entièrement comprises, mais elles impliquent des mutations génétiques et des facteurs environnementaux. L'exposition à des radiations, à certains produits chimiques tels que le benzène, et des antécédents familiaux peuvent augmenter le risque. Des syndromes génétiques comme le syndrome de Down sont également associés. L'interaction complexe entre ces facteurs déclenche la transformation maligne des cellules sanguines.