症狀輕重與血清未結合膽紅素濃度，日齡等因素有關。一般分四期：
新生兒膽紅素腦病圖冊警告期 日齡較小，血清膽紅素在256.5μmol(15mg/dl)左右症狀較輕，主要表現為嗜睡、拒食、肌張力減退、擁抱反射減弱或消失等抑制症狀，也有表現為呼吸暫停、心動過緩、約半到一天進入痙攣期。
痙攣期 表現為痙攣、發熱、肌張力增高尖叫、慈祥、眼球震顫、呼吸困難、驚厥或角弓反張等興奮症狀，早產兒的痙攣等症狀可以不明顯，倖存者1～2天后進入恢復期。
恢復期 先是吸吮和反應逐漸恢復，繼而呼吸好轉，痙攣減輕或消失，此期約持續2周。
後遺症期 一般在生後2個月～3歲出現，手足徐動，眼球上轉困難或斜視、聽覺障礙，牙釉質發育不全有綠牙或棕褐色牙，以椎體外系統受損為主的所謂四聯症。上海835例溶血病隨訪所見的48例膽紅素腦病中還有智力落後，抽痙或陣攣、抬頭乏力及流涎等症狀。
在症狀出現時血清膽紅素有時反而降低，這或許是膽紅素中樞神經系統等組織攝取所致，故不能為此而放鬆警惕。近年應用腦幹聽覺誘發電位檢測發現部分血清膽紅素171～342μmol/L(10～20mg/dl)的患兒雖無神經症狀，但電位曲線的Ⅳ、Ⅴ波形消失、腦幹神經傳遞時間延長，說明聽覺神經有功能障礙，這類變化在膽紅素下降後又消失。Perlman(1988)稱之為暫時性亞臨床型膽紅素神經中毒症(transient subclinical lilirubin neurotoxicity)，認為這種膽紅素中毒影響是可以逆轉，逐漸恢復。
