嗜铬细胞瘤的诊断依赖于三个环节：临床表现提示存在嗜铬细胞瘤；生化检验确定存在过多的血儿茶酔胺及其代谢产物；影像学检查确定肿瘤的部位。位于肾上腺以外的嗜铬细胞瘤，可借助于放射性核素示踪检查方法确定诊断。血尿高儿茶酸胺及其代谢产物，是确诊嗜铬细胞瘤的可靠且先于影像学的主要手段。
血浆与24小时尿去甲变肾上腺素与变肾上腺素可能是迄今为止最敏感的嗜铬细胞瘤生化诊断指标。不论有无儿茶酚胺升高引起的症状与体征，只要存在嗜铬细胞瘤，就能检测到血浆中变肾上腺素及或去甲变肾上腺素升高。此检查受其他因素影响较小，不需停降压药，但某些解热镇痛药的结构与变肾上腺素相似，会影响化验结果。血浆游离变肾上腺素、去甲变肾上腺素对诊断散发性嗜铬细胞瘤的敏感性达99%，家族性达97%。其他方法：①血浆及或24小时尿儿茶酚胺，包括去甲肾上腺素、肾上腺素与多巴胺；②尿VMA:敏感性与特异性均较差，故已不采用。为了获得正确的儿茶酸胺化验结果，在采血之前，一般应停降压药物1～5天，最好2周。停用降压药物，可能会导致血压急剧升高，危及患者的生命安全。激发试验：当患者的症状不发作时，血尿儿茶酸胺可能正常，此种情况可借助药物激发试验明确诊断。常用的激发药物包括：胰高血糖素、组织胺等。但这些方法可引起高血压危象，危及患者的安全，且试剂贵，故近来已被淘汰。
通过CT、磁共振等影像学检查，可以确定嗜铬细胞瘤的部位。但此项检查存在以下弱点：发现的包块，不一定都是嗜铬细胞瘤，还需依靠生化检查判断包块是否为嗜铬细胞瘤。90%的嗜铬细胞瘤位于肾上腺，98%位于腹部，若腹部CT或磁共振检查阴性，则可选用131I-间碘苄胍扫描，生长抑素（奥曲肽）标记扫描，或6-[18F]多巴胺-PET对肿瘤进行定位，并确定肿瘤是否是具有分泌儿茶酚胺的功能，为手术作好准备。但这些检查费用昂贵，敏感性在80%左右，不便于普及。
这些常规部位的CT、磁共振检查常常不能发现肾上腺外的肿瘤。131I-间碘苄胍（131I-MBG)对嗜铬细胞瘤进行形态和功能的定位，其特异性高但敏感性较差，有时查不出嗜铬细胞瘤的位置。近年用生长抑素（奥曲肽）透射型计算机断层摄影术（TCT)与发射型计算机断层摄影术（ECT)融合显像可对131I-MBG显示阴性的嗜铬细胞瘤进行互补检查而帮助确诊。
