Die CML wird meist in der chronischen Phase diagnostiziert. Die Symptome beginnen schleichend.

Bei über der Hälfte der Patienten wird die Erkrankung eher zufällig während Routineuntersuchungen festgestellt; lediglich ein Teil der Erkrankten zeigt Symptome wie Müdigkeit, Gewichtsverlust, nachlassende Leistungsfähigkeit, Oberbauchbeschwerden durch Vergrößerung von Milz oder Leber, oder Haut- bzw. Schleimhautblutungen.

Es gibt mehrere spezielle Arten von Tests, die durchgeführt werden müssen, um eine definitive CML-Diagnose stellen zu können. Zusätzlich zur körperlichen Untersuchung und Anamnese können für die Diagnose einer CML die folgenden Verfahren herangezogen werden:

• Periphere Blutuntersuchung
• Knochenmarkbiopsie
• Zytogenetische Analyse
• Molekulargenetische Tests

Periphere Blutuntersuchungen
Eine bei einem Routinebluttest festgestellte erhöhte Leukozytenzahl kann ein erster Hinweis darauf sein, dass ein Patient an einer CML erkrankt ist.

Bluttests für die Diagnose sind unter anderem:

• Komplettes Blutbild 
• Differentialblutbild einschließlich Anzahl der Blastenzellen
• Untersuchung der Größe und Form der Zellen

Knochenmarkbiopsie
Obwohl die Ergebnisse eines peripheren Bluttests auf CML hinweisen können, kann die Krankheit normalerweise ohne Untersuchung einer Probe von Knochenmarkszellen nicht diagnostiziert werden.

Für eine Knochenmarkaspiration werden eine dünne Nadel und eine Spritze verwendet, um eine kleine Menge flüssigen Knochenmarks zu entnehmen, normalerweise aus dem hinteren Teil des Beckenknochens.

Bei einer Knochenmarkbiopsie wird ein kleines Stück von Knochen und Mark mit einer größeren Nadel entnommen, normalerweise dann, wenn die Knochenmarkaspiration durchgeführt wird.

Die Knochenmarkprobe kommt auf einen Objektträger und wird eingefärbt, um die vorhandenen Zellarten identifizieren zu können.

Zytogenetik
Eine zytogenetische Analyse zur Feststellung des Ph-Chromosoms dient der Bestätigung der CML-Diagnose. Die Entnahme einer peripheren Blutprobe ist zwar einfacher als eine Knochenmarkbiopsie, die Diagnose lässt sich aber mit Sicherheit nur aus dem Knochenmark feststellen. Bei einer standardmäßigen zytogenetischen Analyse werden die Chromosomen von 20 bis 30 sich teilenden Knochenmarkzellen in der Metaphase ausgewertet. Dabei wird in einer einzelnen Zelle das Ph-Chromosom nachgewiesen.

Molekulargenetische Tests
Extrem niedrige Werte des BCR-ABL-Genprodukts kann man mit zygenetischen Tests nicht feststellen. Daher tragen Patienten, bei denen mit zytogenetischen Tests keine CML nachgewiesen wird, möglicherweise die Krankheit doch in sich und es besteht die Gefahr eines Rückfalls.

Mit molekularbiologischen Methoden kann auch ein extrem niedriger Wert des BCR-ABL-Genprodukts nachgewiesen werden.