がんの診断は，病歴聴取と身体診察から疑われることもあるが，生検と病理組織学的検査による確定診断が必要である。ときには，最初の徴候が臨床検査結果の異常（例，結腸癌に起因する貧血）である場合もある。
徹底的な病歴聴取と身体診察により，予期していない早期がんの手がかりが明らかになることがある。
（がんの概要も参照のこと。）
病歴
医師はがんの素因を認識した上で，がんの家族歴，環境性曝露（喫煙歴を含む），既往歴または現病歴（例，自己免疫疾患，以前の免疫抑制療法，B型肝炎またはC型肝炎，HIV感染症，パパニコロウ検査異常，ヒトパピローマウイルス感染）に関して具体的に問診しなければならない。
潜在がんを示唆する症状として以下のものがある：
疲労
体重減少
発熱
盗汗
咳嗽
喀血
吐血
血便
排便習慣の変化
持続性疼痛
がんの部位に応じて，他の症状が現れる場合もある（例，喉頭癌での嗄声，子宮体がんでの異常性器出血）。
身体診察
特に皮膚，リンパ節，肺，乳房，腹部，および精巣に注意すべきである。前立腺，直腸，および腟の診察も重要である。得られた所見は，X線検査や生検などによる追加検査の方向付けに役立つ。
検査
検査には，画像検査，バイオマーカー測定，生検などがある；病歴，身体所見，または臨床検査所見によりがんが示唆される患者では，これらのうち1つ以上の検査が必要になる。
画像検査には，単純X線，超音波検査，CT，PET（陽電子放出断層撮影），MRIが含まれる。これらの検査は，異常の同定，腫瘤の性質（充実性または嚢胞性）の判定，大きさの測定，および周辺組織との関係の確定に役立ち，これらは，手術または生検を検討している場合に重要となる可能性がある。
バイオマーカーは，特定のがんを示唆する所見がある患者において裏付けとなる証拠をもたらすことがある（腫瘍の免疫診断を参照）。ほとんどのマーカーは，高リスク患者の場合を除き，ルーチンのスクリーニング検査としては使用されない。有用なものの例として以下のものがある：
がん胎児性抗原（結腸癌）
β-ヒト絨毛性ゴナドトロピン（絨毛癌，精巣癌）
血清免疫グロブリン（多発性骨髄腫）
分子生物学的検査（多様ながん）
CA125（卵巣がん）
CA 27-29（乳癌）
PSA（前立腺特異抗原—前立腺癌）
これらのバイオマーカーの一部は，腫瘍検出よりも治療に対する反応のモニタリングに最も有用な可能性がある。
生検は，確定診断と起源組織の確認を目的とする検査であり，がんが疑われる状況では，ほぼ常に必要となる。生検部位の選択は通常，到達の容易さと浸潤深度により決定される。リンパ節腫脹を認める場合は，穿刺吸引またはコア生検でがんの種類が判明することがある。リンパ腫の診断では，リンパ節構造を保つことが正確な組織学的診断のために重要であるため，コア生検かリンパ節切除が推奨される。ときに開腹または開胸生検が必要になる。その他の生検経路には，縦隔または肺中枢部の腫瘍に容易に到達できる気管支鏡検査または縦隔鏡検査，肝病変がある場合の経皮的肝生検，肺または軟部組織の腫瘤に対するCTガイド下または超音波ガイド下生検がある。
悪性度（grade）は，がんの侵攻性を表す組織学的な指標であり，重要な予後情報が得られる。組織標本の検査により判定される。悪性度は，核，細胞質，および核小体の外観，有糸分裂の頻度，ならびに壊死の量など，がん細胞の形態学的所見に基づく。多くのがんについて，悪性度の評価尺度が開発されている。
分子生物学的検査としては，染色体分析，蛍光in situハイブリダイゼーション（FISH），ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）検査，細胞表面抗原検査（例，リンパ腫，白血病，肺癌，および消化器癌におけるもの）などがあり，転移したがんの起源を明らかにする助けとなり（特に原発不明がん），治療法の選択にも役立つ可能性がある。
病期診断
組織学的診断が得られると，病期診断（すなわち，進展度の判定）が治療法決定の助けとなり，その結果は予後に影響する。臨床病期診断では，病歴，身体診察，画像検査，臨床検査に加え，骨髄，リンパ節，またはその他の疑わしい病変部位の生検で得られたデータを使用する。具体的な腫瘍の病期分類については，各臓器に関連した考察の詳細を参照のこと。
画像検査
画像検査，特にCT，PET，およびMRIでは，脳または肺への転移や，副腎，後腹膜リンパ節，肝臓，脾臓など腹部への転移が検出可能である。MRI（ガドリニウム造影剤を使用）は，原発性および転移性の脳腫瘍において，確認および評価に選択すべき検査である。疑いのあるリンパ節，肺結節，その他の腫瘤の代謝活性を測定する目的でのPETの利用が増えてきている。統合されたPET-CTは，特に肺癌，頭頸部がん，乳癌，およびリンパ腫において有益となる可能性がある。
超音波検査は，乳房，眼窩，甲状腺，心臓，心外膜，肝臓，膵臓，腎臓，精巣，および後腹膜に発生した腫瘤の検査に使用できる。経皮的生検のガイドとして利用する際や，液体で満たされた嚢胞を充実性の腫瘤と鑑別する際に役立つことがある。
核医学検査では，いくつかの種類の転移を同定できる（例，甲状腺癌）。骨シンチグラフィーでは，異常な骨増殖（すなわち，骨芽細胞の活性化）を，単純X線で描出可能になる前に同定することができる。そのため，骨シンチグラフィーは純粋に溶骨性の腫瘍（例，多発性骨髄腫）には有用でなく，そのような疾患では，ルーチンの骨X線撮影が選択すべき検査となる。
臨床検査
血清生化学検査と酵素測定が病期診断で役立つことがある。肝酵素値（アルカリホスファターゼ，乳酸脱水素酵素，アラニンアミノトランスフェラーゼ）の上昇とビリルビン値の上昇は，肝転移を示唆する。血清アルカリホスファターゼ値およびカルシウム値の上昇は，骨転移の最初の所見である可能性がある。血中尿素窒素またはクレアチニンの高値は，腎臓，集合管系，または膀胱のがん病変を示唆している可能性がある。がんが急速に増殖している患者と骨髄増殖性およびリンパ増殖性疾患の患者では，尿酸値が高くなることが多い。しかしながら，尿酸値が高い人のほとんどにがんはみられない。
侵襲的検査
縦隔鏡検査は，非小細胞肺癌の病期診断において特に有用である。縦隔リンパ節に病変が認められた場合は，手術前の化学療法および/または放射線療法が有益となる可能性がある。
骨髄穿刺および骨髄生検は，リンパ腫および形質細胞骨髄腫（多発性骨髄腫）による病変ならびに小細胞肺癌からの転移を検出する際に特に有用である。原因不明の血液学的異常（すなわち，貧血，血小板減少症，汎血球減少症）を認める患者では，骨髄生検により有益な情報が得られることがある。
所属リンパ節のセンチネル生検は，乳癌，甲状腺癌，胃癌，肺癌，結腸癌，黒色腫などの多くのがんにおいて，評価の一部となっている。それらのがんの患者では，センチネルリンパ節（がんに注入した染料または放射性物質を取り込むことで明瞭になる）を切除することで，採取量を限定できるだけでなく，信頼性の高いリンパ節検体を採取できる可能性がある。
