病态窦房结综合征的诊断主要通过多种方式综合判断。首先，医生会详细询问病史，包括症状出现的时间、频率、诱发因素等。一般来说，患者可能会有头晕、乏力、黑矇甚至晕厥等表现。
心电图检查方面
常规心电图： 约有50%的患者在常规心电图检查时可发现窦性心动过缓，心率常低于50次/分。还可能出现窦性停搏、窦房传导阻滞等特征性表现。动态心电图监测： 能连续记录24~48小时的心电图，可更全面地捕捉到间歇性出现的窦房结功能异常情况。比如能发现较长时间的窦性停搏，若窦性停搏持续2秒以上就需要引起重视。
电生理检查方面
窦房结功能测定： 通过电生理检查可以测定窦房结恢复时间（SNRT）和校正的窦房结恢复时间（CSNRT）。正常情况下，窦房结恢复时间应小于1500毫秒，校正的窦房结恢复时间应小于525毫秒。如果窦房结恢复时间大于2000毫秒，校正的窦房结恢复时间大于525毫秒，往往提示窦房结功能存在异常。房室传导功能检查： 同时还会检查房室传导功能，看是否存在房室传导阻滞等情况，因为病态窦房结综合征有时可能合并房室传导功能障碍。
激发试验方面
运动试验： 让患者进行运动，如平板运动试验等。正常情况下运动时心率会相应增快，但病态窦房结综合征患者运动后心率不能有效增快，心率增加幅度小于正常预期。药物激发试验： 比如使用阿托品等药物进行激发试验。静脉注射阿托品后，正常窦房结能加快心率，而病态窦房结综合征患者心率不能有效升高，甚至可能出现窦房传导阻滞等表现。通过这些综合的检查手段，医生可以较为准确地诊断病态窦房结综合征。