Klinefelter sendromunun klinik belirtileri, bireyin kromozomal yapısına ve mozaiklik veya varyant formların varlığına bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Klinefelter sendromlu bebekler ve çocuklar genellikle normal boy, kilo ve baş çevresine sahipken, ergenlikten sonra gövdeye göre orantısız uzun kollara ve bacaklara sahip, karakteristik uzun boyluluk ortaya çıkar. Bazı bireyler hafif gelişimsel gerilikler, davranışsal zorluklar ve öğrenme güçlükleri yaşayabilir. Etkilenenlerin yaklaşık yarısında mitral kapak prolapsusu adı verilen bir kalp rahatsızlığı görülebilir. Romatizmal hastalıklar, tiroid bozuklukları ve diyabetes mellitus gibi otoimmün rahatsızlıkların gelişme riski artmıştır. Testis boyutunun küçülmesi genellikle düşük testosteron seviyelerine ve diğer hormon profillerinde dengesizliğe yol açar. Bu hormonal dengesizlik, ergenliğin sonuna doğru jinekomasti (meme dokusu büyümesi) olarak kendini gösterebilir ve bu hastalarda meme kanseri riski 20 kata kadar artış gösterebilir. Kısırlık ve azospermi yaygın bulgulardır, ancak sendromun mozaik formlarına sahip bireylerde bunlar daha az şiddetli olabilir veya hiç görülmeyebilir. Teşhis sıklıkla erkek kısırlığı araştırmaları sırasında konulur, bu da bu çeşitli semptomları tanımanın önemini vurgular.