40%的胸主动脉瘤患者无症状，但在常规体检或胸部X线检查中发现典型的动脉瘤改变。动脉瘤的症状和体征与其大小和位置有关，主要是由于其侵犯血管或压迫邻近结构。血管受累，如果主动脉根部扩张，可导致继发性主动脉瓣反流伴充血性心力衰竭；如果瓦尔萨尔瓦窦瘤累及冠状动脉，可引起心肌缺血或心肌坏死。当瓦尔萨尔瓦窦瘤突入右心时，可引起持续性杂音或右心衰竭。如果动脉瘤内血栓形成并脱落，可引起脑梗塞、肢体坏死、肾梗塞或肠坏死等。胸主动脉瘤压迫上腔静脉时，面、颈、肩静脉肿胀水肿，压迫气管、支气管时引起咳嗽气短，压迫食管时引起吞咽困难，压迫喉返神经时引起声音嘶哑。胸主动脉瘤常引起疼痛，疼痛突然加重提示有破裂的可能；升主动脉瘤可侵蚀胸骨和肋软骨，突出于胸部，呈搏动性肿块；胸动脉瘤破入支气管、气管、胸腔或心包可导致死亡。

大多数胸主动脉瘤可通过胸部X线发现，表现为纵隔影增宽、主动脉结增大或气管移位。然而，一些小动脉瘤，尤其是囊性动脉瘤，在胸片上被发现之前就破裂了。此时，X线片不能排除动脉瘤的诊断。

动脉造影仍是术前评估和准确确定胸主动脉瘤解剖结构和大小的良好方法。对比增强CT扫描可以识别和测量升主动脉和降主动脉的动脉瘤。

经胸超声心动图诊断胸主动脉瘤，尤其是胸降主动脉瘤不如CT扫描准确，但经食管超声心动图(TEE)对升主动脉瘤和降主动脉瘤的图像清晰可靠，手术符合率高。

MRI在确定升主动脉和升、降主动脉瘤的解剖结构方面比CT更可靠，并能发现患者原有的动脉病变。