高血脂會引起動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化的特點是動脈管壁增厚變硬、失去彈性和管腔縮小，主要原因是受累動脈的內膜局部有脂質等成分沉著形成斑塊，並且有動脈中層的逐漸病變。由於在動脈內膜積聚的脂質外觀呈黃色粥樣，因此稱為動脈粥樣硬化。
年齡、性別、血脂異常、高血壓、吸煙、糖尿病和糖耐量異常、肥胖、本病家族史等都是動脈粥樣硬化的危險因素，而血脂異常是其中最重要的危險因素，臨床資料表明動脈粥樣硬化常見於高膽固醇血症。隨著機體低密度脂蛋白濃度的增加，動脈硬化性心血管疾病發病的風險會顯著增高，研究發現，血漿低密度脂蛋白膽固醇濃度與動脈硬化性心血管疾病的發生風險間存在因果關係。另有一項前瞻性佇列研究發現，與低密度脂蛋白膽固醇＜130mg／dL的對照組相比，低密度脂蛋白膽固醇≥190mg／dL的受試者患冠心病的風險高6倍。
低密度脂蛋白膽固醇可對動脈內膜造成損害，這是一種慢性炎症過程。由於機體內的低密度脂蛋白主要用於轉運膽固醇，因此，當血清內膽固醇水準過高時，低密度脂蛋白膽固醇也隨之升高。大量的脂質顆粒沉積于血管內皮下，隨後被氧化標記，形成動脈粥樣硬化的始動環節。被標記的沉積脂質顆粒隨後吸引血液中的單核細胞遷移至血管內皮下形成巨噬細胞。巨噬細胞在吞噬大量脂質後形成泡沫細胞，大量的泡沫細胞死亡後聚集成脂質池並吸引動脈中層的平滑肌細胞至動脈內膜。隨後動脈平滑肌細胞由收縮型變為合成型，產生大量膠原及彈力纖維包裹脂質層，形成典型的動脈粥樣硬化病變。
甘油三酯含量高可使血液處於高凝狀態，並可抑制纖維蛋白的溶解，從而促進動脈粥樣硬化斑塊的形成。