病理学检查：大体病理检查可见骨化纤维瘤无囊性膜，较坚韧。光镜下观察，纤维间质中均匀分布骨小梁，周围围绕成骨细胞和数量不等的破骨细胞。骨小梁的排列不规则。这些骨小梁被认为是一种纤维结缔组织基质，成骨细胞的存在有助于把骨化纤维瘤同骨纤维异常增殖症相鉴别。后者是由未成熟的没有成骨细胞的骨质构成。骨化纤维瘤被认为是一种真正的骨性肿瘤，而骨纤维异常增殖症被认为是一种在成骨期发育阶段上的滞留。
影像学检查：如其他纤维骨性病变那样，X线片和CT扫描是诊断骨化纤维瘤的最好方法，骨化纤维瘤的特征是圆形或椭圆形，边界清楚，受累骨质局部膨大。在软组织区，病变常显示均质肿块，但在骨基质，由于骨刺而有灶性透明区。
