Diagnosis klinis osteoartritis melibatkan anamnesis yang menyeluruh, pemeriksaan fisik dan penilaian kondisi secara menyeluruh. Langkah pertama yang harus dilakukan adalah menanyakan tentang durasi dan keparahan lesi. Gejala yang menyakitkan biasanya tidak berbahaya pada awalnya dan akan bertahan selama beberapa bulan sebelum pasien memeriksakan diri ke dokter. Penderita sering menderita ketidaknyamanan akibat berdiri, berjalan atau berlari dalam waktu lama, dan gejalanya biasanya sembuh setelah beristirahat. Seiring dengan meningkatnya keparahan lesi, aktivitas sehari-hari dan tidur bisa terpengaruh. Selain rasa nyeri, ada sensasi menggiling dan meletup-letup pada sendi. Kerusakan pada tulang rawan, meniskus atau badan bebas dapat menyebabkan gejala “penguncian”, sering kali memengaruhi fleksi sendi dan aktivitas jongkok. Kompartemen medial, lateral, dan anterior lutut selanjutnya diidentifikasi dengan pemeriksaan. Malalignment internal lutut lebih sering terjadi daripada malalignment eksternal, dan perubahan garis gaya dan deformitas fleksi tungkai bawah dalam posisi berdiri sering menunjukkan keterlibatan lutut yang parah. Nyeri tekanan garis antar-artikular dan uji McMurray biasanya menimbulkan ketidaknyamanan pada kompartemen yang terlibat. Sebagian besar pasien memiliki ligamen yang stabil, tetapi penting untuk menyingkirkan ketidakstabilan ligamen yang mendasarinya. Nyeri dominan pada sendi patellofemoral dan tibiofemoral dalam keadaan menahan berat badan, terutama saat berjalan, berjalan naik dan turun tangga, jongkok dan berdiri, dan mungkin tiba-tiba, berkaki lunak atau jatuh saat berjalan. Pengelupasan tulang rawan dan pemaparan tulang subchondral dirangsang oleh tekanan yang mengakibatkan refleksif, ketegangan spasmodik otot paha depan, dan gejala pencekikan dapat terjadi karena keausan meniscal dan kerusakan tulang rawan. Karena keausan tulang rawan patela, tulang subkondral terpapar dan secara refleks menyebabkan spastisitas otot paha depan, sehingga gerakan dorongan patela dibatasi dan tes patellar grind positif. Pembengkakan, nyeri dan keterbatasan fungsional rongga sendi dapat terjadi akibat hipertrofi sinovial, kongesti dan oedema, dengan jaringan sinovial yang tertanam dalam ruang sendi. Pada pasien obesitas, lutut sering dikaitkan dengan inversi dan deformitas valgus dan subluksasi patela, dengan penyempitan ruang sendi pada sisi stres dan sklerosis atau hiperplasia tulang subkondral pada sinar-X berdiri. Pada pemeriksaan, lutut ditemukan memiliki deformitas inversi atau valgus, deformitas fleksi berdiri, gesekan yang teraba atau suara gemeretak atau robek pada fleksi dan ekstensi lutut, nyeri tekan pada ruang sendi dan pelek patela, dorongan patela yang terbatas, tes penggilingan patela positif dan tes patela mengambang lutut positif. Pada pasien dengan fisioterapi yang berkepanjangan, kulit di sekitar sendi lutut berubah warna dan bercak-bercak, dengan perubahan seperti kulit macan tutul. Sangat sulit untuk bangun dari posisi jongkok dan memerlukan dua tangan di tanah untuk menopang. Pencitraan sendi lutut berguna untuk diagnosis klinis dan untuk menentukan luasnya lesi tulang rawan artikular. Pada tahap awal penyakit tulang rawan, rontgen mencakup ortopantomograf anterior-posterior (PA) lutut dalam posisi menahan beban dan rontgen lutut dalam fleksi 20°-30° dalam posisi menahan beban. PA dalam fleksi menunjukkan penyempitan ruang sendi, lebar yang tidak sama di kedua sisi, duri tibialis yang tajam, perataan margin sendi, sklerosis tulang subkondral atau perubahan kistik, inversi atau deformitas valgus sendi lutut, sklerosis tulang subkondral, penajaman duri interkondilaris tibia, redundansi tulang dan penyempitan fosa interkondilaris femur, hiperplasia labral pada margin sendi tibiofemoral, subluksasi patellofemoral, dan redundansi tulang kutub atas dan bawah patela. Fitur-fitur radiologisnya adalah Garis gaya tibia dan femur dinilai dengan x-ray lutut yang menahan beban, tetapi x-ray panjang penuh dari tungkai bawah diperlukan untuk menilai sumbu mekanis. Magnetic Resonance Imaging (MRI) adalah tes non-invasif dan MRI dengan jelas menunjukkan perubahan tulang rawan ketika radiografi tidak menunjukkan perubahan penyempitan ruang sendi, yaitu pada tahap awal lesi tulang rawan artikular, dengan proton density fat-saturated fast spin echo (PDFSE) dan pemindaian gradient echo tiga dimensi.