Osteosarkom tanısında hastanın öyküsü ve fiziksel muayene kritik öneme sahiptir. Kemikte yeni başlayan ağrılar genellikle ilk şüpheli belirti olarak osteosarkomu düşündürmese de, 3-4 haftadan uzun süren kalıcı ağrılar daha dikkatli bir incelemeyi gerektirir. Ağrıya şişlik eşlik ettiğinde, tanıyı doğrulamak için genellikle aşağıdaki tetkikler yapılır:

* Röntgen (X-ray): Tümörün görüntülenmesini sağlayabilir. Ancak, çok erken evredeki osteosarkom lezyonları bazen röntgen görüntülerinde gözden kaçabilir. Bu nedenle, kemik tümörleri konusunda uzman bir hekimin değerlendirmesi büyük önem taşır.
* Manyetik Rezonans (MR) Görüntüleme: Tümörün boyutu, yayılımı ve çevresel dokularla ilişkisi hakkında detaylı bilgi sağlar. Görüntü kalitesini artırmak için bazen kontrast madde kullanılabilir.
* Bilgisayarlı Tomografi (BT): Tümörün kemik yapısı içindeki konumunu ve özelliklerini daha ayrıntılı incelemek için kullanılır. Ayrıca, hastalığın akciğerlere metastaz yapıp yapmadığını değerlendirmek amacıyla akciğer BT'si de çekilebilir.
* Kemik Sintigrafisi: Vücuttaki diğer kemiklerde olası tümör yayılımlarını (metastazları) tespit etmek için kullanılan bir yöntemdir.
* Biyopsi: Osteosarkom tanısının kesinleştirilmesinde altın standarttır. Girişimsel bir işlemle tümörden küçük bir doku örneği alınır ve patolog tarafından mikroskop altında incelenir.