בחשד לסרטן הגרון יש להפנות בהקדם לרופא אף אוזן גרון לביצוע דגימת רקמה לאבחנה פתולוגית לסוג הגידול ודרגת התמיינות. ככלל, הדגימה מתבצעת בהרדמה כללית על ידי לרינגוסקופיה ישירה המבוצעת דרך הפה ושימוש באנדוסקופיה ומיקרוסקופיה. מטרת הבדיקה היא גם לחזיון ישיר של הנגע ובדיקת מידת ההתפשטות לקביעת דירוג הגידול. הבדיקה מאפשרת גם מישוש של הנגע והחלטה האם ניתן לכרות את הנגע במלואו בשיטה אנדוסקופית (ראה פסקת "טיפול"). ביופסיה במרפאה אפשרית בחלק מהמטופלים ותלויה בגודל הנגע, מיקומו, והעדפת המטופל והרופא המטפל.

בדיקות הדמיה בגידולי גרון יבוצעו לפי שיקול הרופא המטפל וההתוויות תלויות במספר גורמים. טומוגרפיה ממוחשבת (CT)  תבוצע ברוב המקרים למעט גידולים קטנים המוגבלים למיתר קול אחד. אולטרהסאונד לעיתים ישמש לזיהוי בלוטות לימפה צוואריות חשודות או להנחיית דגימת מחט מבלוטות צוואריות. בגידולים מתקדמים יותר PET CT תבוצע להערכת היקף המחלה, זיהוי גרורות מרוחקות, ולזיהוי חזרת המחלה לאחר סיום הטיפול. MRI ובדיקות נוספות יבוצעו בהתוויות ספציפיות.

שלב המחלה (stage) נקבע בשיטת ה Tumor, Node, Metastasis (American Joint Committee on Cancer). המשתנים המרכזיים הם מספר האתרים האנטומיים המעורבים בגידול, חדירה למבנים סמוכים כמו סחוס, לשון, קנה הנשימה, תנועת מיתר הקול, גרורות לבלוטות צוואריות וגרורות מרוחקות.