肝癌的診斷包括臨床診斷和病理診斷。前者包括病史、體檢、生化、腫瘤標記物及影像學檢查，後者包括肝臟穿刺細胞學、肝臟穿刺活檢及腹腔鏡檢查
【基本的檢查】包括超聲、CT、MRI、AFP等
超聲可顯示腫瘤的大小、形態、部位以及肝靜脈及門靜脈有無癌栓，但受到操作者技術及裝置質量的影響。
CT可明確病灶的部位、大小、形態、個數，與周圍重要臟器、血管的關係，以及病灶內有無出血、壞死、鈣化等。診斷符合率可達90%，亦可檢出病灶直徑1。0cm左右的小肝癌MRI對軟組織的解析度優於CT，對良、惡性肝內佔位，尤其在肝癌與肝血管瘤的鑑別方面優於CT，無須增強即可顯示門靜脈及肝靜脈分支，且無放射性損害，對於結節性肝硬化患者的敏感性和特異性更好。
AFP持續升高高度提示肝癌可能，但近年一些歐美學者認為AFP的敏感性和特異度不高，2010版美國肝病研究學會指南已不再將AFP作為篩查指標。不同於西方國家HCC的主要致病因素，我國的肝癌大多與HBV感染相關，而且60%以上的肝癌患者AFP>4001g/L，因此AFP常規檢查仍有必要。
在排除妊娠、活動性肝病和生殖腺胚胎腫瘤時，應該高度懷疑肝癌，需進行CT
或MRI等影像學檢查瞭解是否有肝癌特徵性的佔位。
腎功能、乳酸脫氫酶和血細胞計數也是基本檢查，它們能為肝癌診治提供重要資訊。
【可選的檢查】包括DSA、 PET-CT、肝臟穿刺活檢、腹腔鏡等。
DSA可獲得血管解剖詳細情況，對肝癌的診斷有一定幫助，常用作肝癌手術和介入治療的參考。但該檢查為侵襲性操作，有出血及碘過敏者不能行該檢查；對少血供型肝癌或肝動脈解剖變異者，有時可造成漏診或誤診，肝左外葉的癌腫出現這種情況更多見。
PET-CT在懷疑其他部位轉移或診斷不明時可以使用。
對血清學、影像學檢查後仍無定論的肝臟佔位患者，可在超聲或CT引導下經皮肝穿刺空芯針活檢或細針穿刺，但直徑1~2cm的結節可能有困難，即便肝活檢為陰性亦不能排除惡性腫瘤可能，應結合患者年齡、一般狀況、有無肝炎肝硬化病史、診治意願等因素建議定期隨訪或手術治療。高度疑為肝包蟲病者，不宜穿刺活檢，以免囊液外漏，繼發感染。
有明顯出血傾向,患有嚴重心、肺、腦、腎疾患和全身衰竭的患者亦不宜行該檢查。
診斷不明或影像學發現肝臟佔位病變，但病史及實驗室檢查不支援肝癌的患者，可應用腹腔鏡探查。腹腔鏡檢查畢競有一定創傷，可能引起醫源性播散和出血，使用應當謹慎對位於中央部位的小肝癌也不適用。
AFP異質體對於AFP升高患者的鑑別診斷有一定幫助，同時檢查AF和AFP異質體可提高肝癌的早期診斷率。
肝硬化患者的門靜脈壓力變化情況，可在一定程度上反映肝實質損害和肝臟纖維化情況，依據門靜脈壓力高低對手術治療選擇具有指導意義。因此，BCIC分期中將門靜脈壓力作為肝癌治療選擇的依據之一。