החשד כי ייתכן שאישה סובלת מאנדומטריוזיס מתבסס, בדרך-כלל על אחד או יותר מהתסמינים האופייניים שתוארו למעלה. במרבית המקרים, האבחון יתבצע על-ידי רופא נשים.
בשלב ראשון, יתבסס החשד כי האישה אכן סובלת מאנדומטריוזיס על מציאת כאב או רגישות באזורים אופייניים בעת הבדיקה הגינקולוגית של האגן. בשלב שני, הרופא יבצע בדיקת אולטראסאונד ולעיתים יזהה ציסטות בעלות מראה אופייני ("עכור") בשחלות. בשלב האחרון, הרופא ינסה להגיע לאבחנה ודאית של המחלה על-ידי דגימה ישירה של הנגעים שחשודים כאנדומטריוזיס ושליחתם למעבדה לבדיקה פתולוגית.
הדרך המעשית היחידה לבצע דגימה זו היא, על-ידי בדיקה ישירה של החלל הפנימי של הבטן בעזרת ניתוח הקרוי לפרוסקופיה (החדרת סיב אופטי דרך חתך זעיר בטבור לצפייה ישירה באברי הבטן והאגן). לפרוסקופיה הינה פעולה ניתוחית חודרנית שנערכת תחת הרדמה כללית מלאה, ועל כן מבצעים אותה בעיקר במקרים שהאישה סובלת מתסמינים קשים, שפוגעים משמעותית באיכות חייה.
לעיתים האיבחון של אנדומטריוזיס נעשה באופן מקרי בעת לפרוסקופיה שמבוצעת למטרה אחרת, למשל כריתת ציסטה מהשחלה או בדיקת מצב החצוצרות באישה עם אי פריון. היתרון בלפרוסקופיה, למרות היותה פעילות חודרנית, היא שבנוסף לנטילת דגימה (ביופסיה) לשם אבחנה ודאית של אנדומטריוזיס, הפעולה מאפשרת גם להעריך את חומרת המחלה, כלומר לקבוע את המיקום, הגודל ומספר הנגעים באגן. יש לזכור שברפואה המודרנית אין יותר הצדקה לביצוע לפרוסקופיה לשם "אבחנה" בלבד, וחשוב לוודא, שבמידה וימצאו נגעי אנדומטריוזיס, שהרופא מנוסה בטיפול ניתוחי להסרתם בגישה לפרוסקופית.
זמן הממוצע החולף בין הופעת התסמינים לבין האבחנה והטיפול ארוך ולעיתים חולפות שנים של סבל וכאבים עד להתחלת טיפול. הסיבות קשורות בעיקר לחוסר מודעות או חוסר ידע המונעים מנשים רבות לפנות לעזרה ומקבלות את כאבי האגן הכרוניים וכאבי המחזור כצרה שיש לחיות עימה ואין לה מרפא.