Munasarjavähi diagnoos algab sageli siis, kui rutiinse füüsilise läbivaatuse või püsivate, ebanormaalsete sümptomite põhjuse väljaselgitamise ajal on munasarjades tunda massi. Pärast massi tunnetamist tellitakse ultraheli- või kompuutertomograafia (CT) pildid ja tehakse CA125 kasvajamarkeri vereanalüüs. Munasarjavähi metastaaside kahtluse korral võib tellida rindkere ja käärsoole täiendava pildistamise. Vajadusel tehakse operatsioon, et uurida nii suguelundeid kui ka kõhuõõnde ja eemaldada vähk.
Sümptomid on tavaliselt meditsiinilise probleemi esimene märk ja neid kasutatakse sageli diagnoosimisel. Munasarjavähi sümptomid on sarnased mitmete healoomuliste haigusseisunditega ega kutsu seetõttu sageli günekoloogi vastuvõtule. Seetõttu avastatakse rutiinsete günekoloogiliste läbivaatuste käigus sageli kasvajaid. Mõnel juhul võivad mitmed püsivad sümptomid, nagu kõhurõhk, vaagnavalu, isutus ja soole- või põie muutused, takistada arsti külastamist ja nõuda vaagnapiirkonna läbivaatust.
Günekoloogilise läbivaatuse käigus palpeerib arst suguelundeid. Kui mass on tunda või kahtlustatakse, on munasarjavähi diagnoosimise järgmine samm munasarjade pildistamine. Ultraheli või CT-pilte kasutatakse munasarjade ülevaatamiseks ja metastaseerunud vähi tunnuste otsimiseks kogu kõhuõõnes. Kui vähk on metastaseerunud, võib kasvajate leviku kindlakstegemiseks määrata täiendava pildiuuringu, näiteks rindkere röntgeni, baariumklistiiri või magnetresonantstomograafia (MRI).
Munasarjavähirakkudel, muud tüüpi kasvajarakkudel ja mõnikord ka normaalsetel rakkudel on nende pindadel kasvajavalgu marker, mida nimetatakse CA125-ks. Seda poolspetsiifilist valku saab kasutada munasarjavähi indikaatorina ja abivahendina munasarjavähi diagnoosimisel. Kui CA125 tase veres on tõusnud, võib see viidata munasarjavähi olemasolule, kuid mõned healoomulised seisundid, nagu rasedus, endometrioos ja fibroidkasvajad, võivad samuti põhjustada CA125 väärtuse tõusu. CA125 vereanalüüsi kasutatakse munasarjavähi diagnoosimisel väikese tükina. Seda testi kasutatakse ka tulevase keemiaravi efektiivsuse jälgimise lähtealuse loomiseks.
Kui munasarjades või kõhuõõnes täheldatakse massi, määratakse operatsioon. Munasarjavähi diagnoosimise operatsiooni võib läbi viia laparoskoopilise operatsiooni või avatud laparotoomiana. Kirurgilise protseduuri käigus vaadatakse üle munasarjad, siseorganid, diafragma, kõhu seinad, kõhurasv ja lümfisõlmed vähi nähtude suhtes.
Vähirakkude kahtluse korral võetakse väike proov. Operatsioonisaalis proovid kiirkülmutatakse, lõigatakse mikroskoobiga ülevaatamiseks üliõhukesteks viiludeks ja neid uurib patoloog. Kõik tuvastatud vähirakud eemaldatakse. Munasarjavähi staadium või levik registreeritakse hoolikalt ja seda kasutatakse hiljem ravitüübi määramiseks.