胃肠道平滑肌肿瘤的诊断主要依据临床症状、体征及消化道内镜检查。食管的平滑肌肿瘤诊断并不困难。发生在小肠的平滑肌肿瘤术前往往难以明确诊断，许多患者缺乏临床症状。消化道内镜对小肠的平滑肌肿瘤诊断的正确率仅为13%～33%，钡餐造影发现肿瘤的阳性率为25%～29%。对发生在食管及胃内的平滑肌肿瘤近年来报道应用超声内镜检查可以发现黏膜下肿瘤的大小、侵及深度及肿瘤的边界，并能鉴别黏膜的癌和黏膜下发生的平滑肌肿瘤。Blanchard等[5]认为肠系膜血管造影对小肠平滑肌肿瘤的诊断优于内镜，有经验的医师可以使70%以上的小肠平滑肌肿瘤得到术前诊断。
电子计算机断层扫描(CT)检查对发生在胃肠道的平滑肌肿瘤较有意义。有报道应用CT对小肠平滑肌肿瘤诊断正确率高达89.5%，平滑肌肉瘤为98%。但CT尚难对良恶性肿瘤作出鉴别。
选择性动脉造影对诊断黏膜下肿瘤伴出血有较好的效果。许多平滑肌肿瘤在血管造影时表现为“肿瘤血流征”(tumorblush)，肿瘤有多处血供，并有静脉池。但血管造影也难以确定良恶性肿瘤。
对于发生在肛门直肠的平滑肌肿瘤，特别是肛管的平滑肌肿瘤，影像学检查往往不易发现，除了肛查及直肠肛门镜检外，强调直肠内镜超声，此检查不仅能鉴别黏膜及黏膜下层来源或肌层来源的肿瘤，而且可以测量肿瘤的大小、形态、部位及范围。超声检查可以区分是直肠平滑肌还是黏膜上皮来源的肿瘤。近年来磁共振(MRI)对平滑肌来源肿瘤的诊断也有报道。MRI可以准确地定位发生在盆腔的平滑肌肿瘤，并能区分是黏膜和黏膜下层增厚的肿瘤还是肌层以及腔外的脂肪组织。内镜超声引导下的针刺活检会使80%的胃平滑肌来源的肿瘤得到术前正确的诊断。