做血常规，肝、肾功能，尿液分析，骨髓穿刺等化验检查。头颈部病变要做脑脊液化验。儿童横纹肌肉瘤尚无特异性血浆或尿标记物。
免疫组织化学可利用针对骨骼肌以及生肌蛋白的抗体来显示肿瘤中横纹肌成分。antidesmin、多特异性肌动蛋白(multispecific actin)、肌红蛋白D(myoglobin D，MyoD)都是最敏感的标记物。vimentin、肌红蛋白、dystrophin、cytokeratin、肌酸激酶(creatine kinase)M和B、S100和神经特异性烯醇化酶用来做进一步的鉴别诊断之用。肌红蛋白D的表达在生肌前体转换为肌肉细胞中有重要意义，而在横纹肌肉瘤中这一过程是受到抑制的。
通过反转录聚合酶链反应(PCR)和荧光原位杂交技术，横纹肌肉瘤的诊断可达到分子遗传学水平，并对治疗有指导意义。在腺泡型横纹肌肉瘤中发现2、13q35-q14基因位点中断，而在胚胎型横纹肌肉瘤中发现11号染色体上有肿瘤生长抑制基因。
脱氧核糖核酸(DNA)含量(或称倍体)也具有一定的诊断价值。Shapiro研究表明胚胎型均为高倍体，腺泡型主要为近四倍体。37个无法手术切除的横纹肌肉瘤，8个二倍体的患儿全部死亡，而12个高倍体肿瘤中的10人存活(P<0.0001)，但结果缺乏进一步证明。
因为上述生物学、免疫学和细胞学诊断方法在预后判断以及治疗上的重要指导作用，外科医生必须获得足够多的肿瘤送检，以确保诊断的正确。
CT、MRI可以定位肿物和其向周围侵袭的情况。骨扫描可发现骨病变，CT可见肝、脑、心和肺转移与否，头颈部病变要做CT或MRI检查，同时做脑脊液化验。脊柱旁肿瘤可用MRI观察脊髓浸润情况。