La cause de l'atrésie biliaire reste inconnue. Deux hypothèses ont été évoquées : une absence de développement embryologique ou une cholécystite fœtale (origine infectieuse). Plusieurs signes sont en faveur d'une origine embryologique même dans l'atrésie biliaire non syndromique :
- L'échographie anténatale a mis en évidence des anomalies permettant le diagnostic d'atrésie biliaire dans les formes non syndromiques avec un diagnostic le plus précoce vers 20 semaines.
- Le dosage de la gamma glutamyl transpeptidase amniotique est trouvé significativement plus bas chez les enfants porteurs d'atrésie biliaire .
L'étude anatomique montre des similitudes entre les voies biliaires embryonnaires et les voies biliaires des enfants porteurs de cette maladie. La persistance des voies biliaires embryonnaires entraîneraient alors une inflammation secondaire.
Le rôle possible des infections virales a été largement étudié. Une association possible avec le cytomégalovirus, le virus syncitial respiratoire , le virus d'Epstein-Barr et le papillomavirus ont été rapportées. Aucune association avec les virus des hépatites n'est connue.
L'existence d'une composante génétique n'est pas exclue. Des cas familiaux d'atrésie biliaire sont connus mais sans preuve d'anomalie génétique.