主动脉瘤大多为梅毒性与动脉粥样硬化性，最常见于升主动脉，也可发生在主动脉弓部与降主动脉的上端，呈局限性边缘清晰的梭状或囊状致密阴影，在各种不同方向观察下均与主动脉壁紧密不能分开，肿块的边缘与主动脉壁相连贯，与动脉瘤边缘交接处的主动脉壁有被动脉瘤牵引而随之向外膨出的趋向。如主动脉瘤不呈囊状突出，而呈弥漫性仍保持主动脉的外形，则不难与附近肿瘤鉴别。局限性扩张的主动脉瘤与肿瘤鉴别较困难。

局限性梅毒性主动脉瘤常伴有主动脉其他部分的扩张。诊断梅毒性主动脉瘤时，须注意并非所有病例的血清康氏与华氏反应都呈阳性。如同时发现主动脉瓣关闭不全，则支持梅毒性主动脉瘤的诊断。除梅毒外，老年人主动脉粥样硬化所致的主动脉瘤，也可合并主动脉瓣关闭不全。

梅毒性主动脉瘤主要与纵隔肿瘤及中央型支气管肺癌相鉴别。在一般典型病例较易鉴别，个别疑难病例可行CT或MRI、多普勒超声波检查协助诊断。发生在左肺下叶背段的球形支气管肺癌，常易与纵隔衔接而类似升主动脉或降主动脉的主动脉瘤影像，从而引起诊断上的困难。临床上主动脉瘤的胸痛症状较支气管肺癌所致者早，而支气管癌的病程进展较主动脉瘤快；一般中央型支气管肺癌边缘模糊不清，其周围常有肺野的浸润现象，而主动脉瘤则边缘整齐，并与肺野的界限清晰；支气管癌一般不引起食管移位，但可牵拉气管发生移位，而主动脉瘤多引起推挤性移位。鉴别困难时可利用CT以及心血管造影检查。

主动脉造影术与数字减影血管造影术（DSA）是主动脉夹层动脉瘤最可靠的诊断方法，其敏感性近80%，特异性约95%。主动脉造影可提供满意的立体像，明确是否有主动脉瓣关闭不全，心脏的充盈与扩张，头臂血管和冠状动脉是否受累的信息。但该检查是有创性检查，且需要经皮动脉插管术以及注射较大量的对比造影剂，因此对于肾功能受损者慎用。

特发性主动脉瘤一般系由先天性动脉中层发育不良引起，常常是马方综合征表现之一，患者多为儿童与青少年，可被误诊为纵隔肿瘤。