Los cuatro síntomas más importantes del CADASIL son la migraña con aura, los infartos subcorticales recurrentes, los síntomas psiquiátricos con declive cognitivo y la demencia. Los ataques de migraña pueden iniciarse incluso antes de los 10 años de edad, pero más frecuentemente durante la tercera década. El primer ataque isquémico varía ampliamente entre los 28 y los 60 años de edad.

La característica más importante del CADASIL es la recurrencia de los episodios isquémicos de intensidad variable. A menudo, estos episodios son focales y se manifiestan clínicamente como alteraciones motoras o sensoriales, síndrome de disartria y torpeza manual. Son difíciles de distinguir de una migraña con aura intensa. A medida que la enfermedad progresa, aparecen paresis seudobulbar y dificultades en la locomoción hasta que el paciente pierde totalmente su capacidad de ambulación. En el 10-15% de los pacientes, se desarrolla demencia sin episodios identificados de ictus.