（一）體格檢查
臨床上除有原發疾病的表現外，主要可見：
1、上腔靜脈阻塞引起的頭頸、上肢發紺及非凹陷性水腫，伴有呼吸困難。
2、上肢靜脈壓升高。
3、胸壁靜脈怒張，當阻塞部位在奇靜脈入口處以上則靜脈曲張僅限于胸壁，血流方向正常；如阻塞在奇靜脈開口處，則血流方向逆轉，曲張靜脈分布在胸腹壁。
4、如有氣管、食管受壓或累及喉返神經可出現呼吸與咽下困難或聲音嘶啞。
5、當腦靜脈壓迅速升高時，可導致顱內壓增高，引起腦水腫，出現頭痛、眩暈、昏迷，可因腦缺氧、呼吸困難、呼吸中樞衰竭而死亡。凡有上述臨床表現，且上肢靜脈壓升高（通常可達2.94～4.9kPa），而下肢靜脈壓正常者，即可診斷為上腔靜脈綜合征。這也是本癥有別于右心衰竭或縮窄性心包炎的要點之一，后兩種情況由于上下腔靜脈血回流均受阻，上下肢靜脈壓都增高，往往先出現肝腫大和下肢水腫，由于心力衰竭或心包縮窄時上腔靜脈回流受阻的原因不是機械性梗阻，所以大多表現為頸靜脈怒張。上下肢靜脈壓差為上腔靜脈綜合征的早期體征，可在典型臨床表現發生前出現。
此外，尚可進行握拳運動試驗、矛盾現象實驗、胸帶試驗。
（二）實驗室檢查
1、二維超聲顯像及脈沖式多普勒超聲檢查
可以探查和確定上腔靜脈阻塞的部位及病變形態，并探測上腔靜脈血流頻譜以判斷有無上腔靜脈阻塞。
2、放射性核素靜脈造影術
可顯示上腔靜脈阻塞情況。
3、磁共振成像檢查
能清晰顯示病變情況。
4、CT檢查
顯示病變情況，還可在其引導下經皮穿刺作組織學診斷。
5、胸部X線檢查
常可見縱隔腫物。
6、上腔靜脈造影
上腔靜脈造影可以明確阻塞部位、范圍及側支循環分布的類型。