El diagnóstico del sarcoma de Ewing requiere un enfoque multidisciplinario. Las radiografías pueden revelar una apariencia característica de "piel de cebolla". Un límite indistinto entre el tumor y el hueso sano es una característica radiológica común en los tumores malignos. La Resonancia Magnética (RM) juega un papel crítico en el diagnóstico. Si los resultados de las radiografías simples y la RM son insuficientes para un diagnóstico definitivo, se puede considerar la Tomografía Computarizada (TC). La gammagrafía ósea también puede proporcionar información adicional. Los análisis de laboratorio pueden mostrar anemia y leucocitosis (un aumento de los glóbulos blancos en la sangre). Sin embargo, el diagnóstico definitivo del sarcoma de Ewing se establece mediante biopsia. Dependiendo de la ubicación del tumor, generalmente se prefiere una biopsia cerrada (con aguja); en raras ocasiones puede ser necesaria una biopsia abierta.