叢集性頭痛是一種原發性頭痛，特點是劇烈的眶、眼球后和額顳部頭痛發作，伴有同側眼結膜充血、流淚和鼻塞。頭痛呈叢集性發作，每次發作持續數週至數月後進入緩解期。
這種頭痛多見於男性，男女比例為6：1，主要發生在青壯年，即20-50歲之間，但也有少年和老年患者。叢集性頭痛的疼痛發作突然而且無先兆，通常由鼻旁灼熱感或眼球后的壓迫感開始，在幾分鐘內迅速發展為眼周劇烈的疼痛，然後擴散至額顳部、上頜部或同側的整個頭部和頸部。頭痛劇烈難忍，伴有絞痛、銳痛和燒灼痛等感覺，同時伴有顏面潮紅、眼結膜充血、流淚、鼻塞和流涕等症狀。患者會煩躁不安，行為狂躁，無法安靜入睡。
叢集性頭痛的特徵非常明顯，通常在同一天的多箇時間段頻繁地發作，經常在深夜將患者從睡眠中驚醒。每次發作時頭痛總是侷限於一側，累及同側的頭部和眶顳部。疼痛非常劇烈，在數分鐘內達到頂峰，然後在30分鐘到一小時內自行緩解。
與偏頭痛患者喜歡在黑暗的房間裡安靜躺著不同，叢集性頭痛的患者顯得坐立不安，不斷在房間裡來回走動。嚴重的躁動可能導致一些怪異的行為，比如用頭撞擊牆壁。自主神經症狀包括鼻塞、流涕、流淚、面部潮紅和霍納綜合徵，這些症狀在頭痛同側較為明顯。
每次疼痛發作的持續時間為15-180分鐘，平均為45分鐘。頭痛有明顯的叢集發作期和緩解期，通常在春季和/或秋季發作，每個發作期可持續3-6周，之後會有較長的緩解期。
在叢集發作期，頭痛發作頻率至少為每週1次，最多可達數次，發作時間和長度通常相對固定，大多數患者的頭痛發生在夜間，大約一半患者有在睡眠中痛醒的經歷。在發作期間，飲酒和使用硝酸甘油酯會誘發頭痛，而在緩解期這些因素則不會引發頭痛。