Ung thư là một nhóm bệnh liên quan đến sự phát triển bất thường của tế bào bất thường với khả năng xâm lấn hoặc lan sang các bộ phận khác của cơ thể. Quá trình này này được gọi là di căn và cũng là nguyên nhân chính gây tử vong do ung thư. Đặc biệt bệnh liên quan đến sự thay đổi di truyền và bộ gen (quá trình phiên mã, dịch mã, quá trình đột biến). Quá trình đột biến này sinh ra sau sự methyl hóa ADN và chỉnh sửa protein histon.
Trong đó HDAC điều chỉnh sự biểu hiện và hoạt động của rất nhiều loại protein có liên quan đến cả giai đoạn đầu và giai đoạn phát triển ung thư. Bằng việc loại bỏ các nhóm acetyl khỏi histon, HDAC tạo ra một cấu trúc nhiễm sắc thể ngăn cản sự phiên mã và dịch mã của gen mã hóa protein tham gia quá trình hình thành khối u. HDAC cũng liên kết và loại bỏ một số protein mục tiêu có nhiệm vụ kiểm soát sự phát triển và biệt hóa của tế bào [106].
Sự biểu hiện bất thường của các HDAC được báo cáo có liên quan đến một số căn bệnh ung thư ở người. Trong đó mức độ hoạt động của protein HDAC2 và HDAC3 làm tăng khả năng ung thư ruột và liên quan đến gen ức chế khối u adenomatosis. Sự tiến triển của ung thư dạ dày có liên quan đến sự biểu hiện của HDAC1 và HDAC5. Sự biểu hiện ở mức độ thấp của HDAC1 cũng liên quan trực tiếp đến sự phát triển của ung thư thực quản. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng HDAC6 tương quan với sự sống sót và cải thiện bệnh ở các bệnh nhân mắc ung thư vú [107]. Do đó, các hoạt động của HDAC có liên quan đến ung thư và vì vậy HDAC trở thành mục tiêu hứa hẹn nhất để tìm ra phương pháp điều trị căn bệnh này.