Il procedimento diagnostico parte con un'accurata anamnesi, che può rivelare la rapida comparsa o l'altrettanto rapido aggravamento di un'ipertensione preesistente, e all'esame obiettivo (eventuale presenza di soffi in corrispondenza delle arterie renali). In alcuni casi gli esami di laboratorio mostrano bassi livelli di potassio nel sangue (ipokaliemia) come conseguenza dell'aumento dell'aldosterone. Per la diagnosi sono comunque fondamentali le indagini di diagnostica per immagini. L'ecografia può mostrare una riduzione di dimensioni del rene a valle della stenosi, mentre l'ecocolor Doppler e soprattutto l'angiografia delle arterie renali consentono di visualizzare la stenosi e misurarne l'entità. Quest'ultima, in particolare, sebbene più invasiva, è considerata il gold standard per la diagnosi di stenosi dell'arteria renale.. Anche la scintigrafia renale con test al captopril può essere utilizzata nelo studio funzionale di questi pazienti.