CT、磁共振MRI可作為初步檢查，較為直觀地反映出病變的主要病理變化，如海綿竇擴張，眼上、下靜脈擴張，以及眼球突出，眼外肌增粗，眼球后軟組織腫脹。部分創傷性CCF在CT平掃上可以顯示顱底骨折、腦組織挫傷甚至腦內血腫或蛛網膜下腔出血。但CT和MRI不能準確觀察供血動脈的來源和瘺口的情況。
全腦血管造影（DSA）是頸內動脈海綿竇瘺診斷的金標準，也是行手術治療前最重要的疾病評估手段。行DSA檢查時，應作包括雙側頸外動脈在內的全腦血管造影。DSA可以清晰地顯示瘺口和瘺口后的靜脈引流途徑，但其缺點是需要經股動脈穿刺，屬于有創性檢查，需住院后在醫院的導管手術室完成。
但應與其他原因引起的突眼相鑒別：
（1）突眼性甲狀腺腫；
（2）眶內腫瘤；
（3）眶內血管性腫瘤；
（4）海綿竇血栓形成；
（5）腦膜膨出。有經驗的醫生常能作出正確的判斷。