消化道出血死亡原因主要包括出血量大且难以控制（急性大失血超代偿或持续出血致重要脏器受损）、原发病病情严重（恶性肿瘤破坏血管致体能消耗等，重症肝病致凝血障碍等）、并发症的发生（多器官功能衰竭及感染加重病情等）。
出血量大且难以控制
急性大失血：短时间内大量出血，超出机体的代偿能力。例如，食管胃底静脉曲张破裂出血，出血量往往较大且来势迅猛，若不能及时有效地止血，机体无法持续维持血液循环，会迅速出现失血性休克。对于老年患者，其各器官功能相对减退，代偿能力更弱，更容易在短时间内陷入严重休克状态。年轻患者若本身基础状况较好，但出血速度极快，也可能在短时间内发生休克危及生命。
持续出血：某些消化道出血可能呈持续缓慢出血或反复间断出血的状态，长期慢性失血会导致患者贫血进行性加重，同时机体持续处于失血后的应激状态，重要脏器功能逐渐受损。比如，消化性溃疡引起的消化道出血，若溃疡持续存在且不断侵蚀血管，就可能出现持续或反复出血情况，对于患有基础疾病如心脑血管疾病的患者，贫血会进一步加重心脏负担，增加心功能不全等并发症的发生风险，最终可能导致多器官功能衰竭而死亡。
原发病病情严重
恶性肿瘤相关出血：如胃癌、结肠癌等消化道恶性肿瘤引起的出血，肿瘤不断生长浸润，破坏周围血管导致出血。恶性肿瘤本身是消耗性疾病，会严重消耗患者体能，患者身体状况逐渐恶化，同时肿瘤转移等情况也会进一步加重病情。对于老年恶性肿瘤患者，其身体机能衰退，对出血及肿瘤进展的耐受能力更差；年轻患者若肿瘤恶性程度高，病情进展迅速，也容易在较短时间内出现死亡。
重症肝病相关出血：肝硬化导致食管胃底静脉曲张破裂出血，同时肝病会引起肝功能严重受损，出现凝血功能障碍等问题。肝功能衰竭会影响多种凝血因子的合成，进一步加重出血倾向。老年肝病患者本身器官功能衰退，肝功能储备差，在出血后更难维持正常的凝血和代谢功能；年轻肝病患者若肝病进展迅猛，也可能很快陷入严重的肝功能衰竭和出血难以控制的局面，最终导致死亡。
并发症的发生
多器官功能衰竭：消化道出血引起休克后，机体重要脏器如脑、心、肝、肾等会因灌注不足而受损。长时间的器官缺血缺氧会导致器官功能逐渐衰竭。对于患有基础慢性疾病的患者，如本身有冠心病的患者，消化道出血引起的休克会加重心肌缺血，更容易发生心功能衰竭；有慢性肾病的患者，肾脏灌注不足会进一步加重肾功能损害，甚至发展为肾衰竭。儿童患者各器官发育尚未成熟，对缺血缺氧的耐受能力更弱，发生多器官功能衰竭的风险更高。
感染：消化道出血后，患者身体抵抗力下降，胃肠道黏膜屏障受损，容易发生肠道细菌移位等情况，引发腹腔感染、肺部感染等。感染会进一步加重机体的炎症反应和代谢紊乱，对于老年患者，其免疫功能较低，更容易发生严重感染且难以控制；儿童患者由于免疫系统发育不完善，感染后病情进展往往较快，也容易导致死亡。
