Akciğer kanseri tanısı, genellikle bir akciğer grafisinde (röntgen) tespit edilen kitle veya şüpheli bir görünümle başlar. Hastanın tıbbi öyküsü, tütün ürünleri kullanımı (sigara, pipo, puro vb.), çevresel veya mesleki maruziyetler ve ailede kanser öyküsü detaylı bir şekilde değerlendirilir. Akciğer kanseri şüphesi durumunda, doktor tarafından balgam sitolojisi (akciğer mukozasından derin öksürükle alınan materyalin mikroskop altında incelenmesi) istenebilir. Bu test, kanser hücrelerini saptamak için basit ve faydalı bir tarama yöntemidir. Kesin tanı için akciğer dokusunun incelenmesi (biyopsi) gereklidir. Bu, kanserin tipini (küçük hücreli veya küçük hücreli dışı) ve yayılımını (metastaz) veya evresini belirlemek açısından kritik öneme sahiptir. Kitleye ulaşım yolu, genellikle bilgisayarlı tomografi (BT) rehberliğinde belirlenir ve ince iğne biyopsisi veya bronkoskopi gibi yöntemler kullanılır. Biyopsi materyalinin patolojik incelemesi sonucunda akciğer kanseri tanısı kesinleşir. Hastalık başka organlara yayılmışsa, bu organlardan da biyopsi alınarak tanı desteklenebilir. Tanı konulduktan sonra hastalığın evrelemesi yapılır. Akciğer kanseri, mevcut kanser tarama programlarına dahil olmayan bir kanser türü olduğundan, erken evrede (lenf bezlerine veya diğer organlara yayılmadan önce) teşhis edilmesi nadirdir. Hastalığın erken evrede yakalanma olasılığı yaklaşık %15 civarındadır. Lenf düğümlerine sıçramamış vakalarda 5 yıllık sağkalım oranı %50 iken, genellikle tanı anında hastalığın akciğer dışındaki yakın organlara da yayılmış olması nedeniyle bu oran %15’in altına düşmektedir. Erken tanı genellikle rutin kontroller sırasında veya başka bir sağlık sorunu için yapılan tetkikler sırasında tesadüfen konulur.