海綿竇化膿性血栓通常起病急驟,伴有高熱、眼眶部疼痛及眶部壓痛,常伴劇烈頭痛、噁心和嘔吐,並可出現意識障礙。眼靜脈迴流受阻使球結膜水腫、患側眼球突出、眼瞼不能閉合和眼周軟組織紅腫。動眼神經常與滑車、外展及三叉神經第1支,有時為三叉神經第2支同時受累;出現眼瞼下垂、眼球運動受限、眼球固定和複視等,有時因眼球突出可使眼瞼下垂不明顯。
患者可併發腦膜炎、腦膿腫。若頸內動脈海綿竇段出現炎性改變和血栓形成,可有頸動脈觸痛,出現對側中樞性偏癱及偏身感覺障礙。如波及垂體可引起膿腫、壞死,導致水及電解質代謝紊亂。腦脊液檢查可見白細胞增高。
如因化膿性栓子導致血栓形成進展速度較快,使腦深部靜脈或小腦靜脈受累,則患者可出現昏迷。