儿童白血病的主要症状有：不明原因的发热、贫血、出血，以及白血病细胞浸润（主要表现为肝、脾、淋巴结肿大），但个体间可存在较大差异。症状表现时间可长可短，短则几天，长则四五个月，一般急性表现为两周到两个月。
发热主要是白血病本身所致，这种发热通常为38℃左右的中低热，用抗生素治疗无效，在诱导治疗 72 小时内可缓解。不过，但由于白血病患儿白细胞数量减少且其功能异常，尤其是中性粒细胞数值减低，导致免疫功能低下，因此也可能伴随感染。
最常见的感染有呼吸道感染如扁桃体炎、气管炎和肺炎，也可能是发生口腔黏膜感染或消化道感染（如胃肠炎）。 少数患儿发病时便有较严重的感染，如脓毒血症。感染源可能为几乎任何病原体，容易发生合并感染。
出现较早，并随病情发展而加重。表现为面色苍白、虚弱无力、活动后气促、嗜睡等，指甲和眼睑结膜也可出现不同程度的苍白。
多数表现为皮肤和黏膜出血或瘀斑（如皮肤的淤青）， 以及不明原因的流鼻血或牙龈出血。有的孩子可能会出现消化道出血或血尿，但非常少见。急性早幼粒细胞白血病的患儿有可能出现肺出血或颅内出血的致命性危险。
通常表现不同部位淋巴结肿大和/或肝脾肿大。如果白血病细胞在骨髓内短期快速增殖或浸润骨的干骺端，患儿可能出现骨、关节痛。在部分患儿中，关节痛可能是首发症状，且血常规可能完全正常，应用激素后可暂时缓解。
白血病细胞也可能侵犯睾丸和脑部，特别是急性淋巴细胞白血病（ALL），导致睾丸白血病和中枢神经系统白血病（也称脑膜白血病）。此外，在急性髓系白血病（AML）中，白血病细胞也可能浸润眼眶、牙龈或皮肤。
幼年型粒单核细胞白血病(JMML)中，由于白血病细胞常常浸润肺部，因此还可能出现呼吸困难。
在幼年型粒单核细胞白血病（JMML）中常见，是这种疾病的重要特征，表现为斑丘疹、皮肤折叠处（如腹股沟和腋窝）色斑、黄色瘤、绿色瘤、牛奶咖啡斑等。
