Migrenę zwykle rozpoznaje się na podstawie obrazu klinicznego, który jest bardzo charakterystyczny. To jednostronny (rzadziej obustronny lub naprzemienny) ból głowy, zlokalizowany za gałką oczną, w okolicy czołowej i skroniach, o dużym natężeniu i pulsującym, rozpierającym charakterze. Cechą znamienną jest występowanie objawów towarzyszących: aury migrenowej (do 35% chorych), nudności, wymiotów i wrażliwości na bodźce zewnętrzne.
Z uwagi na podobieństwo migreny do wielu innych, nierzadko groźnych chorób, diagnoza musi być postawiona przez specjalistę neurologa. To właśnie brak właściwego rozpoznania jest często barierą dla prawidłowego leczenia przewlekłej migreny. Okazuje się bowiem, że tylko ok. 36% chorych spełniających kryteria rozpoznania migreny przewlekłej otrzymują taką diagnozę podczas konsultacji przez specjalistę z zakresu bólów głowy, a tylko ok. 16% takich chorych otrzymuje trafną diagnozę od lekarzy nie będących specjalistami z zakresu bólów głowy.