根据病史、临床表现及影像学检查，一般可以做出诊断。
临床表现：胶质母细胞瘤生长速度快、病程短，70%～80%患者病程在3～6个月，病程超过1年者仅10%。病程较长者可能由恶性程度低的星形细胞瘤演变而来。个别病例因肿瘤出血，可呈卒中样发病。由于肿瘤生长迅速，脑水肿广泛，颅内压增高症状明显，几乎全部病人都有头痛、呕吐、视盘水肿。有头痛（73%）、精神改变（57%）、肢体无力（51%）、呕吐（39%）、意识障碍（33%）与言语障碍（32%）。肿瘤浸润性破坏脑组织，造成一系列的局灶症状，病人有不同程度的偏瘫、偏身感觉障碍、失语和偏盲等。神经系统检查可发现偏瘫（70%）、脑神经损害（68%）、偏身感觉障碍（44%）与偏盲（39%）。癫痫的发生率较星形细胞瘤和少枝胶质细胞瘤少见，约 33 %的病人有癫痫发作。约20%的病人表现淡漠、痴呆、智力减退等精神症状。
实验室检查：腰穿多提示压力增高，脑脊液蛋白含量增高及白细胞增多，少数病例特殊染色有时可发现脱落的肿瘤细胞。腰穿时病人颅内压较高应注意防止脑疝的形成。
其他辅助检查：
1、放射性核素检查 诊断阳性率较星形细胞瘤为高，病变局部显示放射性浓区。头颅 X 线平片仅显示颅内压增高，偶见松果体钙化后的移位。脑血管造影见血管受压移位，约半数显示病理血管，病变处血管多粗细不均、扭曲不整，有的呈细小点状或丝状。
2、CT扫描 肿瘤呈边界不清的混合密度病灶，其中多有瘤内出血所致高密度表现但钙化者较少，瘤内坏死及囊性变呈低密度影，而使其形态呈多形性，病灶周围多数脑水肿较重，肿瘤与脑组织无明显边界。脑室常被压迫变小，变形或封闭，中线结构常向对侧移位。增强后95%的肿瘤呈不均匀强化，常表现为中央低密度的坏死或囊变区，周边增生血管区不规则的环形、岛形或螺旋形强化影（图1）。坏死区常位于肿瘤实质内，呈边界不整齐的低密度区。
3、MRI检查 肿瘤在T1加权图像上呈低信号，T2W像为高信号的边界不清的肿瘤影（图2），与邻近脑组织不容易区分，占位效应十分明显。肿瘤内若有较大的坏死区则呈更低信号，若有出血呈高信号。胼胝体常受累，中线结构如纵裂池可变形、变窄或移位。肿瘤在T2加权像呈混杂信号，以高信号为主，散在性分布低与等信号。注射 Gd-DTPA 后肿瘤十分显著的对比增强使得肿瘤与邻近结构有明确的分界，且好发在脑深部，是较为特征性的表现。