Rozpoznanie choroby wieńcowej polega przede wszystkim na wnikliwej analizie objawów chorobowych, a zwłaszcza rodzaju i charakteru bólów występujących podczas napadowych dolegliwości. Ponieważ bóle w klatce piersiowej mogą występować w wielu innych chorobach, szczególne znaczenie ma tzw. wywiad chorobowy w czasie badania lekarskiego. Jest to tym bardziej ważne, że we wczesnych okresach choroby lekarz może nie stwierdzić żadnych nieprawidłowości. Do podstawowych badań należy badanie elektrokardiograficzne (EKG). W części przypadków elektrokardiogram spoczynkowy, tj. wykonany w zupełnym spokoju, może być prawidłowy. U tych chorych pomocny może być EKG wykonany w czasie standardowego wysiłku fizycznego — tzw. elektrokardiogram wysiłkowy.
Próby wysiłkowe wykonuje się przy użyciu różnych metod. Do niedawna najbardziej rozpowszechniona była tzw. próba Mastera polegająca na wejściu określoną liczbę razy i w określonym czasie na specjalne dwustopniowe schodki. Liczba wejść na schodki jest ustalana w zależności od wieku i masy ciała osoby badanej, na podstawie specjalnie opracowanych tablic.
Ostatnio zamiast próby Mastera wykonywane są próby wysiłkowe na specjalnych urządzeniach, takich jak ergometr rowerowy lub ruchomy chodnik — tzw. bieżnia mechaniczna. Zapewniają one lepszą standaryzację wysiłku, odpowiednie jego stopniowanie i dokładniejszy pomiar.
Wielkim postępem w diagnostyce choroby wieńcowej było wprowadzenie na przełomie lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych do praktyki klinicznej tzw. wybiórczej koronarografii, tj. badania kontrastowego tętnic wieńcowych po wprowadzeniu do nich odpowiedniego środka cieniującego (kontrastu). Koronarografia pozwala uzyskać szczegółowe informacje o stanie tętnic wieńcowych, obecności i lokalizacji zmian miażdżycowych zwężających lub zamykających światło tętnic, a także o rozwoju krążenia obocznego. Podczas badania wykonuje się też zwykle tzw. wentrykulografię, umożliwiającą dokładną ocenę stanu anatomicznego i czynnościowego lewej komory serca, co ma szczególnie duże znaczenie przy ustalaniu wskazań do leczenia operacyjnego.
Wskazania do koronarografii ustalane są indywidualnie w stosunku do każdego chorego. Wykonuje się ją zwłaszcza wtedy, gdy rozważana jest możliwość leczenia operacyjnego choroby wieńcowej. Badanie to stosuje się też u niektórych chorych z nietypowymi bólami w klatce piersiowej, utrudniającymi postawienie trafnej diagnozy.