jąderka są małe i pojedyncze. Mimo że nowotwór jest niskozróżnicowany, komórki w trakcie mitozy są nieliczne. Skąpa cytoplazma komórek zawiera liczne ziarna glikogenu (reakcja PAS dodatnia). Glikogen przy tradycyjnym przygotowywaniu preparatu histologicznego ulega wypłukaniu, pozostawiając artefakty o charakterze różnej wielkości wodniczek. Komórki mogą się układać tworząc lite pola (lepsze rokowanie) lub w wąskie pasemka, otoczone przez naczynia włosowate (ang. filigree pattern), o gorszym rokowaniu. Nierzadkie są pola rozległej martwicy. Obraz mikroskopowy różnicowany jest z chłoniakiem oraz przerzutami neuroblastoma.
Patofizjologia Guz pierwotnie wyrasta z jamy szpikowej kości. Mięsak Ewinga, podobnie jak PNET należący do tzw. rodziny guzów Ewinga, ma przypuszczalnie pochodzenie nerwowe i wywodzi się z pierwotnych i niezróżnicowanych komórek mezenchymy szpiku kostnego. Mięsak Ewinga uznawany jest za formę mniej zróżnicowaną i przez to bardziej złośliwą niż neuroepithelioma. W przeciwieństwie do niego, nie wywodzi się z układu współczulnego, dlatego też w przebiegu choroby nie wykrywa się podwyższonego poziomu metabolitów amin katecholowych w moczu.