诊断基于特征性胸部不适的主诉，即用力后出现，休息后缓解。如在自发发作过程中看到可逆的缺血性心电图变化，诊断可以确立。可以出现各种各样的心电图改变：ST段压低（典型），ST段抬高，R波振幅变小，室内或束支传导障碍以及心律失常（常为室性早搏）。大约30%的典型心绞痛病人在发作间期，静息心电图（常常左室功能）正常，甚至是有广泛的三支血管病变的CAD（单纯的不正常的静息心电图不能建立或排除诊断）。舌下含化硝酸甘油试验可证实诊断，其特征是应在1.5~3分钟内缓解不适。
运动应激心电图试验 由于心绞痛的诊断常主要基于病人的病史，典型心绞痛病人的运动试验一般用于测定对分级应激的功能和心电图反应（运动应激试验用于放射核素显像；无症状病人运动试验以决定适合的锻炼方案）。
除非出现痛苦的心血管症状（如呼吸困难，耐力下降，疲劳，低血压或胸痛），病人应运动到预定的目标（如达最大心率的80%~90%，大约为220-年龄）。
运动时或运动后缺血性心电图反应的特征是ST段水平型或下斜型压低≥0.1mV（正确调整后心电图上的1mm）持续≥0.08秒。J点下降伴ST段上斜难于解释，许多这样的病人并没有CAD.随年龄增长CAD发病率增加使运动试验的解释更加复杂；40岁以下的病人运动试验假阳性≥20%，但60岁以上者＜10%.随冠脉闭塞数的增加，试验的真阳性率增加，而更深的ST段压低往往伴随有更广泛的病变。
对患有提示为心绞痛的男性胸部不适病人，运动试验能很好地预测CAD（特异性70%，敏感性90%）。女性＜55岁，运动试验解释更难，假阳性反应多使特异性降低，这可能部分与年轻人试验前疾病发生率低有关。然而，女性存在该病时，心电图异常者高于男性（32%对23%）。女性假阴性率与男性相当，说明阴性试验是除外该病的可靠指标。
症状不典型病人，运动试验阴性通常可排除心绞痛和CAD.阳性试验表明有运动诱发的缺血但不一定能解释非典型症状，表明还需作进一步检查。
不稳定型心绞痛病人和那些怀疑有新近MI者不可行运动试验。但在正确指导和密切监视下，缺血病人的运动试验危险性不大。病人的反应提供了有意义的预后信息，有助于判断充分内科治疗的病人是否需要造影和可能的搭桥手术。对任何行运动试验的病人都应准备好完整的生命支持系统，包括急救药物，气道和除颤器。
冠状动脉造影显示冠状动脉阻塞的解剖学程度。冠状动脉造影结果与尸检结果吻合，但常低估了疾病的程度和严重性。高质量图像可看清1mm大小的血管。CAD被重新认定为血管的狭窄，串珠样变，或闭塞。管腔直径狭窄＞70%的阻塞被认为具有生理学意义，常伴有心绞痛的存在；除非附加有痉挛或血栓形成，程度轻的阻塞不可能导致缺血。如果没有造影药物对肾或心室功能潜在副作用的禁忌，通过左室造影评价室壁运动是重要的。
超声心动图可用于解剖和功能上的心肌分析。能很好描述瓣膜解剖和可靠地估计PA压力。心室功能差的病人，收缩力下降的证据预示寿命的缩短。然而，如果功能低下由CAD所致，如能耐受手术，这些病人可因冠脉搭桥手术而得益很多。
放射核素显像提供的信息包括心脏解剖，心功能，心肌灌注和代谢。放射核素心室造影术显示收缩期和舒张期左室容积（得出射血分数）和用首次通过技术得出右室射血分数。注射201Tl和99mTc-MIBI后，用单光子发射计算机体层摄影（SPECT）可得出相对的心肌灌注图像。在运动或冠脉血流药物刺激后图像显示密度稀疏区，与休息时所得图像比较，估计局部缺血或梗塞的存在。正电子发射体层摄影（PET）图像显示绝对的区域心肌血流或心肌代谢，这需使用合适的同位素示踪剂和药物刺激。内科医生必须为病人选择最合适技术。
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