Le condizioni non neoplastiche che entrano più spesso in diagnosi differenziale con un tumore primitivo dell'osso sono: la displasia fibrosa monostotica e la miosite ossificante, molto spesso dovuta ad un traumatismo, la cui interpretazione istologica può essere difficile e spesso viene confusa con un osteosarcoma; più raramente la diagnosi differenziale si pone con il sarcoma di Ewing nel caso in cui la localizzazione della massa sia a livello diafisario. Lesioni osteolitiche simili a quelle dell'osteosarcoma possono essere presenti anche nel tumore a cellule giganti o nell'istiocitoma fibroso maligno.