آزمایشی اختصاصی برای تشخیص این بیماری وجود ندارد. تشخیص درد عصب سه قلو به نوع و محل درد و فاکتور های محرک آن بستگی دارند. پزشک ابتدا سابقه پزشکی فرد را بررسی کرده و سپس یک معاینه فیزیکی انجام می دهد.

در این فرآیند جهت تعیین محل آسیب یک معاینه فیزیکی از عصب سه قلو انجام شده و سپس با لمس نواحی مختلف صورت محل درد مشخص می شود. پزشک جهت رد احتمال ابتلا به دیگر بیماری های دارای علائم مشابه چندین آزمایش را برای بیمار تجویز می کند. سردرد های خوشه ای یا درد عصبی پس از زونا از جمله این بیماری ها هستند.
امکان دارد جهت بررسی ارتباط مالتیپل اسکلروزیس با درد فعلی فرد انجام تصویر برداری MRI از ناحیه سر درخواست شود.