La première étape du diagnostic est l’évaluation de l’histoire médicale du patient associé à un examen clinique approfondi. 
Cependant, en présence d’un œdème (gonflement), d’une bosse ou de douleurs, des examens d’imagerie doivent être réalisés en complément du diagnostic et du grading (évaluation du niveau d’agressivité de la tumeur). Les techniques d’imagerie permettent d’obtenir des images détaillées des tissus et des organes internes.
Il existe différentes techniques d’imagerie:
- Les rayons x de l’os déterminent les dommages éventuels de l’os tels que la fabrication excédentaire d’os ou fractures
- L’Imagerie à Résonnance Magnétique (IRM): l’IRM est la technique d’imagerie standard. Elle créé des images de l’os atteint ainsi que des tissus environnants, permettant ainsi aux médecins d’évaluer l’éventuelle étendue de la maladie vers d’autres organes. L’IRM se révèle particulièrement utile pour les extrémités, le pelvis et le tronc.
- La Tomodensitométrie (scanner) peut être utilisée pour mettre en évidence les dommages osseux ainsi que les lésions (métastases) éventuellement présentes sur d’autres parties du corps (exemple : aux poumons ou sur d’autres organes).
- Tomographie par Émission de Positrons (TEP scan) est également une technique d’imagerie efficace pour déterminer si le cancer s’est étendu à d’autres organes. Il peut aussi être utilisé pour évaluer l’effet de la thérapie sur la tumeur.
- La scintigraphie osseuse permet de voir si d’autres os ont été touchés par le cancer. Elle permet de détecter les métastases à un stade plus précoce que les rayons X habituels. La scintigraphie osseuse permet de mesurer l’étendue des dommages occasionnés par la tumeur sur l’os.
Les résultats de ces imageries seront déterminants dans l’élaboration de la stratégie thérapeutique.
Cependant, seule une biopsie (qui consiste à prélever un échantillon de tumeur) permet d’obtenir un diagnostic définitif. Un médecin anatomopathologiste analyse l’échantillon de tissus prélevés à l’aide d’un microscope et réalise une série de tests en laboratoire. Cet examen appelé examen “histologique” permet de déterminer si les cellules qui constituent la tumeur sont bien des cellules de sarcome osseux. Si tel est le cas, elle permettra également de définir de quel type de sarcome osseux il s’agit.
Il existe différents types de biopsies: la biopsie à l’aiguille et la biopsie chirurgicale. Le choix de la méthode dépend de la localisation de la tumeur. Elles peuvent être réalisées sous anesthésie locale ou générale. Lors d’une biopsie à l’aiguille, un petit trou est réalisé dans l’os afin de pouvoir procéder au prélèvement à l’aide de l’aiguille. La biopsie chirurgicale, quant à elle, consiste à prélever un petit morceau de la tumeur. Il est important de souligner que le trajet de la biopsie à l’aiguille ou de la biopsie chirurgicale devra ensuite excisée lors de la chirurgie de la tumeur.
Des examens sanguins complémentaires pourront être réalisés pour détecter le cancer osseux et/ou pour obtenir davantage d’information sur le type de tumeur. Il est établi que les patients atteints d’ostéosarcomes ou de sarcomes d’Ewing peuvent avoir.