Guz rozwija się zwykle w jednej nerce. Początkowo może nie dawać żadnych objawów, ale rośnie bardzo szybko: w kilka tygodni od pojawienia się pierwszych objawów może dojść do zajęcia przez niego połowy jamy brzusznej. W momencie rozpoznania możliwe są już przerzuty nowotworowe (do płuc, wątroby). Krwiomocz pojawia się wprawdzie tylko w 10% przypadków, ale należy przypuszczać, iż w pozostałych występuje krwinkomocz.
Nowotwór ten rośnie rozprężająco w formie otorebkowanego guza, zazwyczaj w jednym z biegunów nerki, ale może czasem rosnąć również odmiedniczkowo. Posiada dosyć dużą dynamikę wzrostu, a w niektórych przypadkach może doprowadzić do przebicia otrzewnej i wystąpienia objawów otrzewnowych. Posiada bardzo bogate unaczynienie, stąd też jego duża skłonność do przerzutowania w bardzo liczne miejsca w stosunkowo krótkim okresie, drogą krwionośną bądź przez naczynia chłonne.
Obraz histologiczny Guz Wilmsa należy do grupy nowotworów drobnookrągłoniebieskokomórkowych.