La seule présence de symptômes évocateurs ne suffit pas à poser le diagnostic. Le diagnostic de SOPK est posé par un gynécologue sur la base d'un examen clinique, d'une prise de sang et dans la plupart des cas d'une échographie des ovaires.
Le diagnostic nécessite la présence d'au moins deux critères parmi les trois suivants : une hyperandrogénie clinique (hirsutisme, alopécie et/ou acné) ou biologique mise en évidence par une prise de sang, une ovulation rare ou absente (règles irrégulières ou rares, ovulation irrégulière ou absente) et/ou des ovaires de taille augmentée à l'échographie avec un aspect « polykystique » (multiples « kystes »).