原发性中枢神经系统淋巴瘤应与全身性淋巴瘤引起的继发性中枢性淋巴瘤相鉴别。后者有中枢系统外的淋巴结或淋巴组织病变，可进行仔细的体格检查、血象检查、胸部X线明确诊断。对于比较隐秘性的病变，则需要进行镓核素扫描，胸部和腹部CT、骨髓检查、淋巴结活检明确诊断。此外，其它脑部肿瘤，如胶质瘤、脑弓形虫病、脑白质病等，CT和MRI的病变多为低密度可以鉴别，或行活检以鉴别。
对于免疫功能正常和免疫缺陷的患者，诊断步骤有一定的差异。免疫缺陷的患者，原发性中枢神经系统淋巴瘤的诊断更为困难。病人多伴发脑弓形虫病和多发性脑白质病。脑弓形虫的特征性表现：多发性、小型环状病变，也是PCNSL的主要表现之一，此类病人预后极差，生存期短，这些都使诊断产生一定的困难。所以，对于存在免疫缺陷，且怀疑PCNSL的患者，可进行血清弓形虫抗体检查，或其它细菌、真菌感染、栓塞疾病的检查，如果检查为阴性，可行病理活检。如果检查为阳性，可行抗弓形虫治疗，克林霉素和已咪胺腚治疗10～14天后，复查CT，若有改善，可继续治疗，若无变化，可行病理活检，以明确诊断。