Diagnosis osteoartritis lutut pertama-tama didasarkan pada pemeriksaan klinis dan pada pasien yang lebih tua di atas 50 tahun, rasa sakit, kekakuan pagi hari dan pembengkakan lutut harus dianggap sebagai osteoartritis lutut. Pencitraan juga berperan penting dalam osteoartritis lutut, karena dapat memperjelas diagnosis osteoartritis, mengidentifikasi lokasi keterlibatan dan menilai stadium penyakit. Pencitraan dapat membantu mengidentifikasi penyebab osteoartritis apabila terdapat gejala dan dapat memberikan informasi mengenai evolusi penyakit selama pengobatan. Gambar anteroposterior yang berdiri paling baik menunjukkan tingkat penyempitan ruang sendi dan ketidakstabilan sendi dinamis yang mendasarinya. Hal ini juga dapat menunjukkan redundansi tulang marjinal, taji tulang tibialis dan patela, sklerosis tulang subkondral, permukaan sendi menjadi datar, kondilus femoralis menjadi persegi, dan garis sendi menjadi bersudut. Meskipun tidak dianggap berguna untuk analisis osteoartritis lutut, pandangan lateral berguna untuk analisis ruang sendi yang relatif dapat diandalkan dan untuk dengan mudah membedakan morfologi kondilus dan dataran tinggi tibialis; pandangan lateral juga berguna untuk analisis yang andal dan dapat diulang dari sendi patellofemoral, tidak hanya dalam hal redundansi marjinal dan penyempitan ruang sendi, tetapi juga dalam hal patologi terkait, seperti kelainan patela yang terlibat. Pandangan tangensial dari sendi patellofemoral dengan lutut yang difleksikan pada 45 derajat memberikan pandangan yang baik dari sendi patellofemoral dan membantu dalam analisis tingkat penyempitan ruang sendi dan adanya tonjolan tulang. Dengan lutut difleksikan pada 30 derajat, kelainan patela yang terkena dapat terlihat, tetapi ruang sendi tidak divisualisasikan dengan baik. Dalam beberapa kasus, perlu untuk mengambil posisi lutut tertentu, misalnya anterior atau berkaki panjang setelah 45 derajat fleksi, untuk memperjelas tingkat deformitas dan untuk mendapatkan informasi tentang morfologi femur dan tibia pada pasien dengan riwayat trauma atau patah tulang.