偏头痛诊断应结合偏头痛发作类型、家族史、临床表现和神经系统检查进行综合判断。IHS(2004年)偏头痛诊断标准对不同类型偏头痛诊断做出如下规定：
无先兆偏头痛诊断标准
(1)符合(2)～(4)特征的至少5次发作。
(2)头痛发作(未经治疗或治疗无效)持续4～72小时。
(3)至少有下列中的2项头痛特征：①单侧性;②搏动性;③中或重度头痛;④日常活动(如步行或上楼梯)会加重头痛，或头痛时会主动避免此类活动。
(4)头痛过程中至少伴有下列1项：①恶心和(或)呕吐;②畏光和畏声。
(5)不能归因于其他疾病。
伴典型先兆的偏头痛性头痛诊断标准
(1)符合(2)～(4)特征的至少2次发作。
(2)先兆至少有下列中的1种表现，但没有运动无力症状：①完全可逆的视觉症状，包括阳性表现(如闪光、亮点或亮线)和(或)阴性表现(如视野缺损);②完全可逆的感觉异常，包括阳性表现(如针刺感)和(或)阴性表现(如麻木);③完全可逆的言语功能障碍。
(3)至少满足以下2项：①同向视觉症状和(或)单侧感觉症状;②至少1个先兆症状逐渐发展的过程≥5分钟，和(或)不同的先兆症状接连发生，过程≥5分钟;③每个先兆症状持续5～60分钟。
(4)在先兆症状同时或在先兆发生后60分钟内出现头痛，头痛符合无先兆偏头痛诊断标准中的(2)～(4)项。
(5)不能归因于其他疾病。
丛集性头痛
丛集性头痛(cluster headache)又称组胺性头痛，临床较少见。表现为一系列密集的、短暂的、严重的单侧钻痛。头痛部位多局限并固定于一侧眼眶部、球后和额颞部。起病突然而无先兆，发病时间固定，持续15分钟至3小时，发作从隔天1次到每日8次。剧烈疼痛，常疼痛难忍，并出现面部潮红，结膜充血、流泪、流涕、鼻塞，多不伴恶心、呕吐，少数患者头痛中可出现Horner征。发病年龄常较偏头痛晚，平均25岁，男女之比约4∶1。
紧张型头痛
紧张型头痛：又称肌收缩型头痛。头痛部位较弥散，可位前额、双颞、顶、枕及颈部。头痛性质常呈钝痛，头部压迫感、紧箍感 。头痛常呈持续性，部分病例也可表现为阵发性、搏动性头痛。很少伴有恶心、呕吐。多数患者头皮、颈部有压痛点，按摩头颈部可使头痛缓解。多见于青、中年女性，情绪障碍或心理因素可加重头痛症状。
痛性眼肌麻痹
痛性眼肌麻痹(painful ophthalmoplegia)：是一种以头痛和眼肌麻痹为特征，涉及特发性眼眶和海绵窦的炎性疾病。为阵发性眼球后及眶周的顽固性胀痛、刺痛或撕裂样疼痛，伴随动眼、滑车和(或)展神经麻痹，眼肌麻痹可与疼痛同时出现或疼痛发作后两周内出现，MRI或活检可发现海绵窦、眶上裂或眼眶内有肉芽肿病变。本病持续数周后能自行缓解，但易于复发，适当的糖皮质激素治疗可使疼痛和眼肌麻痹缓解。
症状性偏头痛
症状性偏头痛(symptomatic migraine) 缘于头颈部血管性病变的头痛如缺血性脑血管疾病、脑出血、未破裂的囊状动脉瘤和动静脉畸形;缘于非血管性颅内疾病的头痛如颅内肿瘤;缘于颅内感染的头痛如脑脓肿、脑膜炎等。这些继发性头痛在临床上也可表现为类似偏头痛性质的头痛，可伴有恶心、呕吐，但无典型偏头痛发作过程，大部分病例有局灶性神经功能缺失或刺激症状，颅脑影像学检查可显示病灶。缘于内环境紊乱的头痛如高血压危象、高血压脑病、子痫或先兆子痫等，可表现为双侧搏动性头痛，头痛在发生时间上与血压升高密切相关，部分病例神经影像学检查可出现可逆性脑白质损害表现。
药物过量使用性头痛
药物过量使用性头痛属于继发性头痛。药物过量主要指使用过于频繁且规则，如每月或每周有固定天数。临床常见每月规则服用麦角胺、曲普坦、鸦片类≥10天或单纯止痛药≥15天，连续3个月以上，在上述药物过量使用期间头痛发生或明显恶化。头痛发生与药物有关，可呈类偏头痛样或同时具有偏头痛和紧张型头痛性质的混合性头痛，头痛在药物停止使用后2个月内缓解或回到原来的头痛模式。药物过量使用性头痛对预防性治疗措施无效，因此对它作出正确的诊断极为重要。