De diagnose bij patiënten met cerebrotendineuze xanthomatose wordt bemoeilijkt doordat de ziekte heel langzaam voortschrijdt en doordat patiënten vaak niet alle symptomen vanaf het begin hebben. Toch is het belangrijk om de diagnose zo vroeg mogelijk te stellen, omdat de behandeling dan het meeste effect heeft.
Hoewel de ziekteverschijnselen een vermoeden kunnen geven van de diagnose, is laboratoriumonderzoek nodig om de diagnose te bevestigen. In het laboratorium worden urine en bloed onderzocht op de abnormale aanwezigheid van galalcoholen en cholestanol.
Aanvullend kan met verschillende onderzoeken de (hersen)schade worden bepaald die de ziekte al heeft aangericht, bijvoorbeeld met een MRI scan.

DNA-onderzoek
Wanneer binnen een gezin een patiënt met CTX is ontdekt, wordt met DNA onderzoek onderzocht welke genetische fout de patiënt precies heeft. Daarna worden de broers en zussen van de patiënt vaak ook onderzocht met DNA-onderzoek. Daardoor worden soms patiënten opgespoord vóórdat zij symptomen van de ziekte hebben.