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胆囊癌发生、进展中常见的基因变异有杂合性丢失、纯合子缺失、微卫星不稳定性、表观遗传学改变等。在胆囊癌患者中普遍存在着3p、8p、9q及22q等染色体等位基因缺失的现象。Tadokoro等在胆囊癌的标本中发现，p16第二外显子纯合子缺失率为26%，其所在染色体区带9p21-22的杂合性丢失率为56.9%。Li等对32对胆囊癌样本进行全基因外显子组测序，共检测出了1 450个体细胞单核苷酸变异和34个体细胞插入或缺失突变。
表观遗传学改变可能是比经典遗传学改变更早期的分子事件，尤其是脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）甲基化。House通过对胆囊癌切除术后的标本研究发现，六种抑癌基因（ p16 、 APC 、 MGMT 、 hMLH - 1 、 RAR -β 2 、 p73 ）在胆囊癌、慢性胆囊炎、正常胆囊组织中的甲基化水平分别是72%、28%、6.7%，且40%的胆囊癌中同时伴有两种以上抑癌基因的甲基化。
KRAS 基因是一种原癌基因，位于12号染色体，长约35kb，是 RAS 基因家族成员之一。在胆囊上皮不典型增生中， KRAS 基因突变率达73%，且和胆囊癌的突变热点相一致，说明 KRAS 基因突变可能是激发胆囊癌发生的关键。进一步研究发现，胆囊癌中 KRAS 突变主要影响第12、13和61密码子，发生在第12密码子的突变多为GGT被GAT或AGT替代。 KRAS 基因的高突变率与患者预后相关，尤其是Ⅱ、Ⅲ期胆囊癌。
C - MYC 基因位于8号染色体，编码p62蛋白，它能特异性结合DNA，参与DNA复制，激活与生长有关的基因转录，抑制细胞凋亡。胆囊癌的形成、发展可能与 C - MYC 基因的激活有关，推测 C - MYC 可能通过促进 SURVIVIN 基因的表达来抑制胆囊癌细胞凋亡。p62在胆囊癌中过度表达，其阳性表达率为42.8%，而在胆囊良性疾病中为10%（ P ＜0.05），且p62表达与胆囊癌的病理分级呈正相关。
ERBB 基因家族是编码人类表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor）的原癌基因，包括 EGFR/ERBB1 、 HER2/ERBB2 、 HER3/ERBB3 、 HER4/ERBB4 。它们参与细胞增殖、分化和转移能力的调控。现有研究发现， ERBB 信号通路突变在胆囊癌中较为显著（约36.8%），且与患者不良预后相关，进一步研究还证实了ERBB家族蛋白增强了胆囊癌细胞的生长及浸润能力。上述研究提示 ERBB 在胆囊癌发生进展中扮演重要角色。
人类 TP53 基因位于染色体17P13.17，长16～20KB，有11个外显子和10个内显子，具有转录因子特点，参与细胞代谢、DNA修复、细胞凋亡等过程，对维持基因组整体稳定起关键作用。未失活的 TP53 基因半衰期很短，难以检测到；但是失活后的 TP53 易于检测，间接表明该基因已失活。有研究报道，在慢性胆囊炎中 TP53 突变是胆囊癌发生的早期事件，胆囊癌中 TP53 基因突变率达50%以上，且主要发生在第5外显子。目前大多数学者认为， TP53 和胆囊癌的增殖、恶性程度及预后有关。
杂合性丢失（loss of heterozygosity，LOH）是位于一对同源染色体上的相同基因座位的两个等位基因中的一个（或其中部分核苷酸片段）发生缺失，与之配对的染色体上仍然存在，是癌症基因组中常见的遗传改变。两个等位基因的一个发生杂合缺失，或父系或母系染色体或染色体区域的重复，以及另一个等位基因的同时缺失，均会导致LOH。在胆囊癌全基因组等位型分析中发现18号染色体发生了多位点的杂合性丢失。此外，各相关研究也证实了染色体3p、8p、9p和22q等区域杂合性丢失在胆囊癌中普遍存在，该区域包含了众多抑癌基因。
微卫星不稳定性（MSI）是因错配修复（mismatch repair，MMR）基因缺陷而导致错配碱基不能被纠正，引起基因突变累积，最终导致肿瘤发生。在胆囊癌中，MSI的发生率比在其他肿瘤中的发生率较低，约有10%的病例可发生高度MSI。
基因启动子区域中的超甲基化是使肿瘤抑制基因失活的常见表观遗传机制。进展期胆囊癌中抑癌基因 p73 、 MGMT 和 DCL1 启动子甲基化与患者预后不良相关，且 MGMT 基因的表达程度是胆囊癌独立的预后因素。此外， CDH1 、 CDKN2A - p16 、 REPRIMO 等抑癌基因的启动子甲基化与胆囊癌的发生密切相关。
总之，胆囊癌的发病机制尚不明确，深入研究胆囊癌发生、进展的分子机制对胆囊癌的诊断和治疗具有重要意义。