多數胸主動脈瘤可經胸部X線發現，表現為縱隔影增寬、主動脈結增大或氣管移位。然而，有些動脈瘤較小，尤其是囊性動脈瘤，在胸片上未被發現就已破裂，此時，X線片不能排除動脈瘤的診斷。

動脈造影仍然是作為胸主動脈瘤選擇手術療法時術前評價和準確確定動脈瘤的解剖結構及其大小的較好方法。注射造影劑的增強CT掃描可確定并測量升主動脈和降主動脈的動脈瘤。經胸壁超聲心動圖對胸主動脈瘤，尤其是胸降主動脈瘤的診斷不及CT掃描準確，而經食管超聲心動圖(TEE)觀察升主動脈瘤和降主動脈瘤，圖像清晰可靠，手術符合率高。

MRI用于確定升主動脈和升、降主動脈瘤的解剖結構比CT掃描更為可靠，并可發現病人原有的動脈病變。