诊断AML的第一个线索通常是全血细胞计数异常结果。在白血病中，异常白细胞过多（白细胞增多症）是常见的发现，有时还可以看到白血病母细胞，AML也可表现为血小板，红细胞的减少，甚至白细胞计数低（白细胞减少症）。虽然可以通过检查循环白血病细胞时外周血涂片检查来做出AML的推定性诊断，但明确的诊断通常需要进行足够的骨髓穿刺和活检以及排除恶性贫血（维生素B12缺乏症），叶酸缺乏症和铜缺乏症。

在光学显微镜以及流式细胞仪下检查骨髓或血液，以诊断白血病的存在，以将AML与其他类型的白血病（例如急性淋巴细胞白血病 -ALL）区分开来，并对疾病的亚型进行分类。通常也通过常规细胞遗传学或荧光原位杂交检测骨髓或血液样本的染色体异常。还可以进行遗传研究以寻找基因中的特定突变，例如FLT3，核磷蛋白和KIT，这些突变可能影响疾病的结果。

血液和骨髓涂片上的细胞化学染色有助于将AML与ALL区别开来，并有助于AML的分类。在大多数情况下，髓过氧化物酶或苏丹黑染色剂和非特异性酯酶染色剂的组合将提供所需的信息。髓过氧化物酶或苏丹黑反应在确定AML身份并将其与ALL区分中最有用。非特异性酯酶染色剂用于鉴定AML中的单核细胞成分，并将ALL与低分化单核细胞白血病区分开。

AML的诊断和分类可能具有挑战性，应由合格的血液病理学家或血液学家进行。在直接的情况下，某些形态学特征（例如Auer棒）的存在或特定的流式细胞仪检测结果可以将AML与其他白血病区分开来。但是，如果没有这些功能，诊断可能会更加困难。

AML的两种最常用的分类模式是较旧的法裔，美式，英式（FAB）系统和较新的世界卫生组织（WHO）系统。根据广泛使用的WHO标准，AML的诊断是通过证实白血病成粒细胞参与了超过20％的血液和/或骨髓的诊断，但急性髓性白血病的三种最佳预后形式是复发性遗传异常（ t（8; 21），inv（16）和t（15; 17）），其中遗传异常的存在是诊断性的，而与胚粒百分比无关。法国-美国-英国（FAB）的分类要严格一些，要求在骨髓（BM）或外周血（PB）中至少有30％的爆炸率才能诊断AML。必须将AML与“白血病前”疾病（如骨髓增生异常或骨髓增生综合症）区别对待，以区别对待。

由于急性早幼粒细胞白血病（APL）具有最高的治愈率，并且需要独特的治疗方式，因此重要的是快速建立或排除这种白血病亚型的诊断。在血液或骨髓上进行荧光原位杂交通常用于此目的，因为它很容易识别出表征APL 的染色体易位 [t（15; 17）（q22; q12）;]。还需要分子检测PML / RARA融合蛋白的存在，该蛋白是该易位的致癌产物。