การที่แพทย์จะวินิจฉัยว่าใครมีภาวะนอนไม่หลับหรือไม่นั้นต้องอาศัยการซักประวัติผู้ป่วยเป็นหลัก โดยแพทย์จะซักถามรายละเอียดของการนอนไม่หลับ เช่น

• นอนไม่หลับเฉพาะตอนที่เพิ่งจะเข้านอนใหม่ ๆ หรือหลับแล้วตื่นบ่อย หรือพอหลับไปสักพักก็จะตื่นแล้วนอนหลับต่อไม่ได้อีก
• ระยะเวลาและความถี่ที่มีอาการ ลักษณะการนอน เวลาเข้านอน เวลาตื่นนอน จำนวนครั้งที่ตื่นตอนกลางคืน
• อาการอื่นที่เกิดขึ้นในระหว่างการนอนหลับ กิจกรรมก่อนเข้านอน สภาพแวดล้อมภายในห้องนอนและอุปกรณ์ในการนอน และสิ่งแวดล้อมรอบบ้าน
• กิจกรรมและอาการง่วงนอนตอนกลางวัน
• ประวัติโรคประจำตัว ประวัติการใช้ยาและสารเสพติด รวมถึงประวัติครอบครัว

นอกจากนี้แพทย์จำเป็นต้องตรวจร่างกายผู้ป่วยอย่างละเอียด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการตรวจระบบประสาทเพื่อหาร่องรอยความผิดปกติของระบบประสาทร่วมด้วย โดยทั่วไปหากพบพยาธิสภาพที่ชัดเจนของระบบประสาท หรือพบว่าอาการนอนไม่หลับเกิดจากโรคทางระบบประสาท หรือเป็นภาวะแทรกซ้อนของโรคอื่น ๆ แพทย์จะแนะนำให้ผู้ป่วยตรวจทางห้องปฏิบัติการอื่น ๆ เพิ่มเติมเพื่อให้ได้การวินิจฉัยที่ชัดเจนขึ้น ซึ่งจะแตกต่างกันไปในแต่ละราย

จากนั้นจึงให้การรักษาสาเหตุที่ทำให้เกิดภาวะนอนไม่หลับนั้น เช่น หากตรวจพบว่านอนไม่หลับเกิดจากกลุ่มโรควิตกกังวล (Anxiety disorder) การรักษาก็จะเน้นที่การรักษาโรควิตกกังวลนี้ร่วมกับการปรับสภาพแวดล้อมในการนอน สำหรับผู้ที่มีอาการนอนไม่หลับโดยไม่พบสาเหตุที่ชัดเจน แพทย์จะให้การรักษาที่เหมาะสมโดยประเมินจากความรุนแรงของอาการนอนไม่หลับ เพื่อกำหนดแนวทางในการรักษาต่อไป