骨肉瘤可發生于任何骨，最常見于四肢長骨，半數以上發生于股骨的下端及脛骨或腓骨的上端，其次為肱骨上端。頜骨、脊椎骨、肩胛骨和髂骨等較少見。長骨的骨肉瘤發病年齡較小，發生于扁骨者年齡較大。大多數骨肉瘤發生于骨的內部或中央，在長骨位于干骺端，腫瘤在骨髓腔內及向周圍骨皮質浸潤形成腫塊。因骨骺軟骨對骨肉瘤的浸潤具有一定的抵抗力，在骨骺板閉合骨化之前(約17～20歲)，一般不侵及骨骺端。少數骨肉瘤發生于骨表面，稱為皮質旁骨肉瘤，其臨床、X線和病理表現均與一般骨肉瘤不同。

　　肉眼觀，長骨腫瘤位于干骺端的骨髓腔中央或為偏心性。一側或四周的骨皮質被浸潤和破壞，其表面的骨外膜常被掀起。在切面上可見腫瘤上、下兩端的骨皮質和掀起的骨外膜之間形成三角形隆起，其間堆積由骨外膜產生的新生骨。此三角稱為Codman三角，這在X線照片中可以顯示出來。在骨外膜被掀起時，自骨外膜通往骨皮質的小血管因受到牽拉而呈垂直于骨皮質分布，在這些垂直的小血管周圍，組織的血液供應豐富，故新骨形成增多，這些反應性新生骨小梁呈放射狀與骨表面垂直分布，在X線上表現為日光放射狀陰影，這種現象與上述Codman三角在X線上對骨肉瘤的診斷具有特征性。

　　骨肉瘤的切面呈多彩狀，其外觀取決于腫瘤性骨質及軟骨的含量以及出血、壞死等繼發改變的程度。例如，腫瘤性骨質成分較多時則肉眼觀呈黃白色，質地堅硬，有砂粒小點或條紋;如軟骨形成明顯時則呈半透明狀;在腫瘤細胞豐富部位則呈灰紅色魚肉狀。

　　鏡下，骨肉瘤由明顯間變的梭形或多邊形肉瘤細胞組成，細胞大小不等，核形奇異，大而深染，核仁明顯，易見病理性核分裂像。腫瘤細胞直接形成腫瘤性類骨組織或骨組織，是診斷骨肉瘤的最重要的組織學依據。所形成的類骨組織或骨組織在不同腫瘤或同一腫瘤的不同部位多少不等。往往可看到腫瘤性骨質發生過程中各階段的形態，最早期在惡性腫瘤細胞間出現均質紅染的膠原樣物質，其后紅染物質逐漸增多，將腫瘤細胞分隔疏遠，構成小梁或片狀的腫瘤性類骨組織。類骨組織可伴鈣鹽沉著，其內的腫瘤細胞固縮變小，形成腫瘤性骨質。骨肉瘤內也可出現腫瘤性軟骨。

　　骨肉瘤起源于間葉細胞，形態上表現出多方向分化的潛能，而使骨肉瘤的成分較為復雜。根據其主要的分化成分，組織學上可分成幾種類型：最常見者為骨母細胞型，以異型骨母細胞為主要成分，細胞呈多邊形，較肥碩，核圓、核仁明顯，胞漿豐富，伴較多的腫瘤性類骨和骨組織形成;由軟骨肉瘤樣組織為主要成分者，屬軟骨母細胞型;以梭形細胞和膠原纖維為主，似纖維肉瘤者為纖維母細胞型;腫瘤內有許多顯著擴張的血管腔隙，伴較多破骨細胞型多核巨細胞，甚似動脈瘤性骨囊腫者為血管擴張型，此型十分少見。在同一腫瘤中上述各種類型的成分常混合存在，但以某一類型為主。不論何種類型，都能見到腫瘤細胞直接形成腫瘤性類骨和骨組織，這是區別于其他骨腫瘤的特征。