De diagnose wordt meestal gesteld aan de hand van bloed- en urineonderzoek. Patiënten hebben namelijk in het bloed een lage hoeveelheid ceruloplasmine. Dit is het molecuul dat koper kan binden om zo te verplaatsen in het lichaam. In de urine is meer koper te vinden dan normaal. Dit komt doordat koper vrijkomt in het bloed als de capaciteit van de lever wordt overschreden. Voor de meting van koper in de urine moet 24 uur de urine worden gespaard.

Slechts een deel van de jongere patiënten met de ziekte van Wilson heeft Kayser-Fleischer ringen in de iris. Het merendeel van de volwassen patiënten heeft deze ringen wel. Dit geldt in het bijzonder als zij klachten ervaren als gevolg van ophopingen in de hersenen. Een oogarts kan deze ringen goed vaststellen.

Soms is de diagnose na al deze bepalingen nog niet duidelijk. Dan kan de diagnose bevestigd worden door DNA-onderzoek of met behulp van een leverbiopt. Bij een biopsie wordt een stukje lever weggehaald (een biopt). In het leverbiopt is bij patiënten een veel grotere hoeveelheid koper te vinden dan normaal.