El síndrome es hereditario, con un modelo de herencia ligado al X con penetrancia incompleta. Se estima que existe 1 varón portador por cada 750 y 1 mujer portadora cada 250 individuos. El 99% de los afectados siempre tienen una madre portadora que tuvo un abuelo o una abuela portadora. Un varón portador tiene todas sus hijas portadoras.
Hay un 1% de casos esporádicos no hereditarios, que pueden ocurrir por mutación espontánea del DNA en posiciones relevantes y funcionales el gen FMR1 que alteran la funcionalidad de la proteína FMRP.