Der Clusterkopfschmerz gehört in die Gruppe der sogenannten trigemino-autonomen Kopfschmerzen (Abkürzung: TAK). Bei dieser Krankheitsgruppe kommt es anfallsweise zu sehr starken einseitigen Schmerzen in der Augen- und Schläfenregion in Kombination mit autonomen Symptomen auf der betroffenen Seite. Zu den möglichen autonomen Symptomen zählen insbesondere Augenrötung, tränendes Auge, verstopfte Nase, Naselaufen, Schwellung des Lids, Stirn- und Gesichtsrötung, herabhängendes Augenlid und verkleinerte Pupille. Eine Clusterkopfschmerz-Attacke dauert zwischen 15 und 180 Minuten. Pro Tag können zwischen ein und acht Attacken auftreten. Typischerweise treten die Attacken immer zur selben Uhrzeit auf, oft auch bei Nacht aus dem Schlaf heraus. Ein weiteres oft beobachtetes Phänomen ist die Tatsache, dass die Patienten während einer Clusterkopfschmerz-Attacke im Gegensatz zur Migräne einen vermehrten Bewegungsdrang haben.
Der Clusterkopfschmerz tritt meist in Form von Phasen mit nahezu täglichen, oft mehrfachen Attacken über Wochen bis Monate auf. Diese „Clusterung“ war namensgebend. Zwischen den Clusterepisoden liegen in den meisten Fällen mehrere Monate ohne Clusterkopfschmerzen. Diese zeitliche Abfolge eines Clusterkopfschmerzes wird als episodisch bezeichnet. Dabei fällt auf, dass die Phasen oft in der gleichen Jahreszeit auftreten. Bei einem chronischen Clusterkopfschmerz fehlen attackenfreie Phasen. Der chronische Clusterkopfschmerz tritt bei 10–15 % aller Patienten auf.