Het geleidelijke verloop van de meeste vormen van CLN bemoeilijkt het vroegtijdig stellen van de diagnose. De diagnose NCL wordt vaak pas na enkele jaren gesteld. Meestal gebeurt dat door een gespecialiseerde oogarts, neuroloog of kinderarts in een UMC.

De oogarts maakt eerst een elektroretinogram (ERG) om de functie van het netvlies te testen. Deze functie is al vroeg in het ziekteproces gestoord.
De kinderarts of kinderneuroloog maakt vaak een Elektro Encefalogram (EEG) en een MRI. Op het EEG worden de elektrische golven uit de hersenen weergegeven. Hiermee kan men ook epileptische activiteit registreren. De MRI geeft een beeld van de structuur van de hersenen. Deze is in het begin van de ziekte meestal nog niet afwijkend.

De arts maakt voor de definitieve diagnose CLN gebruik van klinisch genetisch onderzoek. Aangezien het afwijkende gen, dat gelokaliseerd is op chromosoom 16, bekend is, kan er DNA-onderzoek gedaan worden. Als bij dit onderzoek het afwijkende gen gevonden wordt, is de diagnose gesteld.
Er kan ook specifiek laboratoriumonderzoek gedaan worden. Meestal wordt daarvoor eerst bloed afgenomen. Daarmee wordt onderzoek gedaan naar vacuolen (met vocht gevulde holten) in bepaalde witte bloedlichaampjes. Als deze aanwezig zijn, is dit een grote aanwijzing voor de diagnose CLN3.
Daarnaast kan ook een huidbiopt worden genomen om met een elektronenmicroscoop te onderzoeken of de huidcellen voor CLN3 kenmerkende structuren bevatten.

Prenatale diagnostiek
Wanneer er eerder in een gezin een kind met CLN3 geboren is, is het mogelijk om bij een nieuwe zwangerschap DNA-onderzoek te doen naar de ziekte bij het ongeboren kindje.