慢性膝关节滑膜炎的诊断需从病史采集、体格检查、影像学检查和实验室检查多方面进行。病史采集要了解年龄、性别、生活方式及既往病史；体格检查包括观察膝关节外观、压痛及关节活动度；影像学检查有X线、超声、MRI，分别从不同角度辅助诊断；实验室检查涉及血常规、血沉、C反应蛋白及关节液检查，以判断炎症及感染等情况。
生活方式：了解患者近期是否有过度运动、创伤、感染等情况，过度运动可能导致膝关节滑膜反复摩擦损伤，创伤可能直接引起滑膜炎症，感染则可能通过血行或直接蔓延导致滑膜感染引发滑膜炎。
病史：询问患者既往是否有膝关节疾病史，如既往膝关节外伤史、膝关节感染史等，这些病史对判断慢性膝关节滑膜炎的病因和病情发展有重要参考价值。
体格检查
膝关节外观：观察膝关节有无肿胀、畸形，肿胀程度可通过视诊初步判断，畸形可能提示存在关节结构异常等情况。
压痛：检查膝关节周围滑膜区域有无压痛，慢性膝关节滑膜炎患者滑膜处多有不同程度压痛。
关节活动度：检查膝关节的屈伸、内外翻等活动度，了解关节活动是否受限，受限程度反映滑膜炎对关节功能的影响程度。
影像学检查
X线检查：早期X线可能无明显异常，随着病情发展，可能出现膝关节间隙变窄、骨质增生等表现，可帮助排除其他骨质病变等情况。
超声检查：可清晰显示膝关节滑膜增厚情况、有无积液等，能较为敏感地发现滑膜的病变，对诊断慢性膝关节滑膜炎有一定价值，尤其对于少量积液的检测较为敏感。
磁共振成像（MRI）检查：能更准确地显示膝关节滑膜、软骨、韧带等结构的病变情况，可明确滑膜增厚程度、积液量以及是否存在其他组织的损伤等，是诊断慢性膝关节滑膜炎较可靠的影像学检查方法。
实验室检查
血常规：部分慢性膝关节滑膜炎患者血常规可能无明显异常，若合并感染时，白细胞计数可能升高，中性粒细胞比例可能增高。
血沉（ESR）：血沉加快可能提示体内存在炎症反应，在慢性膝关节滑膜炎伴有炎症活动时可能出现血沉增快情况。
C反应蛋白（CRP）：CRP升高通常提示体内有急性炎症反应，慢性膝关节滑膜炎处于活动期时CRP可能升高。
关节液检查：通过关节穿刺抽取关节液进行检查，若关节液为淡黄色清亮液体，提示可能为非感染性滑膜炎；若关节液浑浊、白细胞计数明显升高，可能提示感染性滑膜炎；还可进行细菌培养等检查以明确是否存在感染因素。
