胸主動脈瘤的自然病史受多種因素影響，如動脈瘤膨大的速度和破裂傾向。有或無動脈瘤的癥狀是另一個重要因素，有癥狀的患者預后比無癥狀者差，一旦出現新的癥狀可迅速破裂或死亡。動脈瘤的大小和動脈瘤膨大的速度也是動脈瘤破裂的危險因素。直徑>7cm的胸主動脈瘤較直徑小的更易破裂。胸主動脈瘤常伴有嚴重的全身動脈粥樣硬化或心血管系統疾病，可明顯增加病死率，許多患者在動脈瘤破裂之前就死于動脈粥樣硬化的并發癥。
長期隨訪，5年死亡率為50%，10年死亡率為70%，半數死于有關心血管病，三分之一死于動脈瘤破裂。死亡率與動脈瘤的部位無關。若患者高齡，動脈瘤>6cm，伴發高血壓或其他心血管疾病，則死亡率增高。