由于不同的胰岛细胞瘤会导致的症状迥异，就诊时，医生会进行全身细致查体，重点为腹部和全身浅表淋巴结的检查。
通常与临床激素的分泌无关，但血液中仍可检测到一些缺乏激素功能的蛋白，如嗜铬素A（CgA）、嗜铬素B（CgB）、神经元特异性烯醇化酶（NSE），有条件可行胰腺多肽（PP）等，其中50%~70%的非功能性胰岛细胞瘤可出现血清CgA升高；
根据胰岛细胞瘤不同的功能表现，会进行特殊的内分泌激素测定，如胰岛素、胃泌素、胰高血糖素、血管活性多肽（VIP）、生长抑素等；有时由于肿瘤分泌功能判断困难，医生会选择相应的刺激或抑制试验来进一步判断。另外，约75%功能性胰岛细胞瘤患者血清CgA水平升高。
胰岛细胞瘤的部分患者，尤其是功能性胰岛素瘤及胃泌素瘤患者中90％病例肿瘤直径较小，术前准确定位可确保将肿瘤切除，并避免盲目的胰次全切除，且可缩短了手术时间，降低手术并发症及死亡率。对临床和生化检查已明确或怀疑胰岛细胞瘤的病例，检查方法通常会从易到难。
在胰岛细胞瘤中，胰岛素瘤以较小者居多，好发于胰体尾部，但也可以发生在胰头。病灶可以单发，也可多发。在未引起胰腺形态改变前，CT平扫一般难以发现。肿瘤多血管，增强后动态CT扫描强化呈高密度，轮廓甚为清楚。若肿瘤小，密度均匀；若肿瘤较大，肿块周围强化显著，密度可不均匀。
对疑似胰岛素瘤患者会采用增强后动态CT扫描。有症状的非功能性肿瘤的直径一般大于2cm，其CT表现类似胰腺癌，而血管活性肠肽瘤和胰高血糖素瘤通常在诊断时就已较大（直径>3 cm），有的肿瘤在增强后可显示中央部位有低密度的坏死灶，肿块强化不均匀。恶性胰岛素瘤可以有邻近组织侵犯，淋巴结转移和肝转移。有时转移灶先于原发灶发现。
MRI检测胰岛细胞瘤的作用，以往认为检出率较低。然而，随着短时反转恢复序列（STIR）等新技术的出现，其检测的敏感性已大幅提高。
内镜超声可提供高分辨率的胰腺影像，尤其是胰头和胰体部位的肿瘤，但对胰尾进行检查时受到限制。
部分胰岛细胞瘤表达生长抑素受体，生长抑素受体显像以及以68Ga DOTATATE为示踪剂的PET可利用该受体进行功能显像协助肿瘤定位。另外，阳性患者如不能手术，在治疗选择时可考虑生长抑素类似物治疗或肽受体放射性同位素治疗（PRRT）治疗。
对于影像学表现较隐匿、传统影像学检查无法发现的罕见激素功能性肿瘤，可能需要采用有创性检查来定位肿瘤在胰腺的具体部位（如胰尾、胰体/胰颈、胰头/钩突），以制定治疗方案。这些有创检查包括选择性血管造影，或选择性动脉内钙离子刺激后的选择性肝静脉采样并测定激素等。
对于术前无法检出或定位、但仍然怀疑存在激素分泌型胰岛细胞瘤的患者，术中超声可对胰腺进行高分辨率检查，与脏器触诊联合时，检出肿瘤的敏感性高。
手术患者的肿瘤病理可对疾病进行分级，是选择治疗和患者预后的重要指标，按照2020年WHO神经内分泌肿瘤分级，可分为G1、G2和G3三类：
