目の奥がえぐられるような強烈な痛みが起こり、立っていられなくなります。痛みは片側にのみあらわれることがほとんどで、痛みのある側の目は赤く充血し、涙が出てまぶたが垂れ下がることもあります。また、鼻水や鼻づまり、額に汗をかくなどの症状をともないます。
群発頭痛は、 年中行事のように、1年のうち、群発期と呼ばれる決まった期間に起こります。痛みは15分~3時間続き、数週間~数ヵ月間、毎日同じ時間帯に痛みます。頭痛が起こる時間帯は、睡眠中が多いといわれています。一度発作が治まると、半年~数年間発作は鎮まります。
目のかすみ、首の張りといった前兆がみられることがあります。