I pazienti affetti da leucemia linfoblastica acuta solitamente riferiscono uno stato di malessere fin dall'esordio della malattia, quelli più frequenti sono: astenia, febbre, facilità a sviluppare ematomi spontanei o che compaiono dopo traumi leggeri. 
Una visita medica completa è il punto di partenza obbligato per arrivare a una diagnosi di leucemia linfoblastica acuta (LLA). Il medico valuta la storia familiare, i disturbi (sintomi) e i segni clinici quali, ad esempio, la presenza di organi e linfonodi ingrossati, e decide se prescrivere eventuali esami di approfondimento. La prima analisi da fare è un esame emocromo - citometrico e uno striscio, attraverso un prelievo di sangue. Ciò permette di osservare la morfologia delle cellule (globuli bianchi, globuli rossi e piastrine), quantificarle e dare la percentuale di ciascuna popolazione all'interno dei globuli bianchi (granulociti neutrofili, eosinofili, basofili, monociti e linfociti). Inoltre permette di identificare e quantificare le cellule immature di tipo tumorale.
Biopsia del midollo osseo
Per accertare (diagnosticare) la LLA, l'ematologo richiede successivamente il prelievo di un campione di midollo osseo, che si può ottenere sia aspirando una quantità di sangue midollare, sia prelevando un piccolo cilindro di osso insieme al midollo, entrambi introducendo un ago specifico per i due processi di solito nell'osso dell’anca o del bacino del paziente. Si tratta di una procedura breve, effettuata in anestesia locale, che normalmente non prevede ricovero.
 I campioni biologici così prelevati servono a potere eseguire: 

analisi morfologica delle cellule, che permette di osservare le caratteristiche della loro forma, fornendo le prime informazioni importanti per la diagnosi della malattia
analisi citogenetica, cioè l'esame del numero e della struttura dei cromosomi all'interno delle cellule, l'identificazione dei geni nel DNA. Queste sono informazioni molto importanti, perché alcune alterazioni cromosomiche possono essere associate ad una prognosi più o meno favorevole
analisi immunofenotipica, cioè identificare le proteine presenti sulla superficie della membrana delle cellule tumorali, facilitando la diagnosi (per esempio, capire se la leucemia è di tipo B o T) e il monitoraggio della risposta alla terapia
analisi molecolare, che permette di evidenziare i marcatori molecolari, cioè le alterazioni cromosomiche, che possono dare informazioni sulla prognosi e monitorare la risposta alla terapia

Un’ulteriore indagine è la reazione a catena della polimerasi (PCR), il test della PCR si esegue su un campione di sangue ed è importante sia per accertare la malattia, sia per monitorare la risposta alle cure. L'esame del sangue è ripetuto ogni tre mesi per almeno due anni dopo l'inizio della terapia e, una volta raggiunta la remissione della malattia, con meno frequenza.
Ulteriori accertamenti
Esistono altri esami, in grado di fornire ulteriori informazioni sullo stato di avanzamento e sull'estensione della malattia, che possono favorire l'orientamento verso la cura più adatta:

biopsia del linfonodo, può essere eseguita più volte, in particolare quando si presenta l'ingrossamento di altri linfonodi. In questo modo è possibile stabilire fino a che punto la malattia si è diffusa
TAC, risonanza magnetica, raggi X ed ecografia, questi esami di diagnostica per immagini sono utili per capire quanto e dove la malattia si sia diffusa e per determinare la presenza di eventuali altri problemi legati alla leucemia, come, per esempio, alcune infezioni
esame del liquor, per verificare se la malattia ha raggiunto anche il sistema nervoso centrale, si esegue l'esame del liquor (il fluido che circonda e protegge il midollo vertebrale). Il campione è prelevato in anestesia locale dalla schiena mediante una puntura lombare (rachicentesi)