O diagnóstico do sarcoma de Ewing requer uma abordagem multidisciplinar. Radiografias podem revelar uma aparência característica de "casca de cebola". Uma fronteira indistinta entre o tumor e o osso saudável é uma característica radiológica comum em tumores malignos. A Ressonância Magnética (RM) desempenha um papel crítico no diagnóstico. Se os resultados da radiografia simples e da RM forem insuficientes para um diagnóstico definitivo, a Tomografia Computadorizada (TC) pode ser considerada. A cintilografia óssea também pode fornecer informações adicionais. Exames laboratoriais podem mostrar anemia e leucocitose (um aumento de glóbulos brancos no sangue). No entanto, o diagnóstico definitivo do sarcoma de Ewing é estabelecido por meio de biópsia. Dependendo da localização do tumor, uma biópsia fechada (com agulha) é geralmente preferida; em casos raros, uma biópsia aberta pode ser necessária.