Tanı kan hücresi sayısı ve incelemesi ile konur. Kanda lenfosit sayısı artmıştır. Bu lenfositler immünofenotipleme denen bir işlem ile incelenir. KLL tanısı koymak için genellikle kemik iliği aspirasyonu ve biyopsisi gerekli değildir. Tekrarlayan kemik iliği biyopsileri tedaviyle ilişkili sebeplerin ayrılmasında yararlıdır.KLL hastalarında kemik iliği incelemesi kemik iliğindeki lenfosit sayısında artış ve sıklıkla normal kemik iliği hücrelerinde düşüşü gösterir.Lenfositlerin “immünofenotiplemesi” kanser hücrelerini normal immün hücrelerle karşılaştırarak tanı koymak için kullanılan bir süreçtir. Test sonuçları bireyin lenfositlerinin monoklonal (tek bir kanser hücresinden gelişmiş) olup olmadığını gösterir. İmmünofenotipleme KLL hücrelerinin B-hücresi mi yoksa T-hücresi gelişimindeki değişiklikten kaynaklandığını göstermektedir. Birçok KLL hastasında B-hücre değişikliği tespit edilmektedir.İmmünglobulinler sağlıklı bireylerde vücudu enfeksiyondan korumak için B hücreleri tarafından yapılan proteinlerdir. Bu proteinlere antikor adı verilir. KLL hücreleri etkin antikorlar yapamaz. Sonuç olarak KLL’li bireylerde immünglobulin seviyesi düşer ve enfeksiyon riski artar.