Patofisiologi retinoblastoma nonherediter atau sporadik diawali dengan mutasi somatik pada kedua alel RB1 di lengan panjang kromosom 13q14 sel retina primitif atau sel prekursor multipoten, paling sering terjadi pada prekursor fotoreseptor kerucut. Mutasi dapat terjadi karena kesalahan acak saat proses pengopian DNA sewaktu pembelahan sel. Mutasi kedua alel RB1 tersebut menyebabkan hilangnya fungsi supresor tumor protein retinoblastoma (pRB) sehingga terjadi pembelahan sel yang tidak terkendali dan perubahan genomik yang tidak stabil membentuk retinoblastoma. Retinoblastoma nonherediter tidak diturunkan ke anak.[3,4]

Pada retinoblastoma herediter, 1 alel gen RB1 yang telah mengalami mutasi diturunkan dari salah satu orang tua ke anak. Mutasi tersebut dapat ditemukan pada seluruh sel tubuh anak, tidak hanya di sel retina (mutasi germinal). Ketika alel lainnya di gen RB1 sel retina mengalami mutasi juga, maka akan terbentuk retinoblastoma.[4]

Penelitian terbaru menunjukkan adanya retinoblastoma tanpa mutasi gen RB1 dan diduga berhubungan dengan onkogen MYCN.[4]