ในสมัยก่อนการวินิจฉัยมะเร็งปอดทำได้ยาก แต่เมื่อมีการทำ CT scan ทำคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI) และการสแกนด้วย PET scan รวมถึงเทคนิคต่าง ๆ ของการส่องกล้องหลอดลมและการเจาะตรวจชิ้นเนื้อเพื่อวินิจฉัยเซลล์มะเร็งปอดนั้นทันสมัยขึ้น ทำให้สามารถวินิจฉัยได้รวดเร็วเมื่อผู้ป่วยมีอาการผิดปกติ ซึ่งอาการต่าง ๆ ที่พบนั้นขึ้นอยู่กับเซลล์มะเร็งปอดว่าอยู่ที่ตำแหน่งใดในร่างกาย โดยส่วนใหญ่มักจะมาด้วยอาการไอเรื้อรัง บางครั้งไอแบบมีเสมหะปนเลือด เหนื่อย หายใจไม่สะดวก นํ้าหนักลดมากในช่วงเวลาสั้น ๆ เป็นต้น