根據梨狀肌綜合征主要的臨床表現診斷：臀部疼痛且向同側下肢的后面或后外側放射；大小便、咳嗽、噴嚏可加重疼痛。除此之外，梨狀肌綜合征的診斷還需要一些檢查的支持：患側臀部壓痛明顯，尤以梨狀肌部位為甚，可伴萎縮，觸診可觸及彌漫性鈍厚、成條索狀或梨狀肌束局部變硬等。
直腿抬高在60°以前出現疼痛為試驗陽性，因為梨狀肌被拉長至緊張狀態，使損傷的梨狀肌對坐骨神經的壓迫刺激更加嚴重，所以疼痛明顯。但超過60°以后，梨狀肌不再被繼續拉長，疼痛反而減輕。另外，除了直腿抬高試驗外，還要做梨狀肌緊張試驗。通常梨狀肌綜合征時梨狀肌緊張試驗也為陽性。