腎細胞癌起源于腎小管上皮細胞，研究發現88.5%的透明細胞癌表達近曲小管抗原，而87.5%的顆粒細胞癌表達遠曲小管抗原，因此推測透明細胞癌可能源于近曲小管，而顆粒細胞癌可能源于遠曲小管。不同病理類型的腫瘤,外觀存在差異。一般說來，透明細胞癌呈黃色，與正常組織分界清楚，似有包膜，生長緩慢，預后較好。顆粒細胞癌，癌細胞呈立方形或多角形，癌細胞胞漿富于細胞器特別是線粒體，因而胞漿呈伊紅色顆粒狀，腺管狀結構明確，間質由毛細血管構成。較透明細胞癌細胞核異型性顯著，細胞排列也較亂，惡性度高，預后較差。未分化型癌細胞呈梭形或不規則形，似肉瘤。
腫瘤的病理分級是評估預后的可靠因素，同時也是制訂治療方案的重要依據。Fuhrman核分級標準(1992)：
1級：癌細胞具有小而圓的深染核，染色質模糊，無核仁。
2級：癌細胞稍大，染色質較清楚，高倍鏡下一些細胞內可見核仁，但不顯著。
3級：癌細胞更大，以核仁明顯為特征。
4級：類似3級，但核呈多形性，多分葉及巨大核仁。