ส่วนใหญ่แล้วร่องรอยแรกๆ ที่จะทำให้สงสัยว่าผู้ป่วยจะเป็นมะเร็งเม็ดเลือดขาวเรื้อรังชนิดไมอิลอยด์ก็คือการมีผลการตรวจการนับเม็ดเลือด (complete blood count) ผิดปกติโดยมักพบว่ามีจำนวนเม็ดเลือดขาวมากกว่าปกติ (leukocytosis) บางครั้งจะเห็นเซลล์ตัวอ่อนเม็ดเลือดขาว (leukemic blasts) หรืออาจพบแต่เพียงการมีเกล็ดเลือดหรือเม็ดเลือดแดงลดลง หรืออาจพบเม็ดเลือดขาวลดลง (leukopenia) ก็เป็นได้[3] ถึงแม้ว่าการวินิจฉัยเบื้องต้นจะสามารถทำได้ด้วยการตรวจเสมียร์เลือด (peripheral blood smear) แต่การวินิจฉัยให้แน่ชัดนั้นจะเป็นต้องทำด้วยการเจาะดูดและตัดชิ้นเนื้อไขกระดูก

ไขกระดูกหรือเลือดจะถูกตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงหรือด้วยวิธี flow cytometry เพื่อหาว่ามีเซลล์มะเร็งเม็ดเลือดหรือไม่ ถ้ามี เป็นเซลล์ชนิดใด เป็นมะเร็งเม็ดเลือดขาวเฉียบพลันชนิดไมอิลอยด์หรือมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดอื่น (เช่น มะเร็งเม็ดเลือดขาวเฉียบพลันชนิดลิมโฟบลาสติก) และจัดอยู่ในประเภทย่อยประเภทใด ตัวอย่างเลือดหรือไขกระดูกที่ได้มักได้รับการตรวจเพิ่มเพื่อหาการย้ายที่ของโครโมโซม (chromosomal translocation) ด้วยวิธีมาตรฐานทางเซลล์พันธุศาสตร์หรือวิธี FISH (fluorescent in situ hybridization) การตรวจทางพันธุศาสตร์อาจเป็นการตรวจเพื่อหาการกลายพันธุ์เฉพาะที่ในบางตำแหน่งของยีน เช่น FLT3, nucleophosmin และ KIT ซึ่งอาจมีผลกับผลการรักษาได้[4]