疼痛性眼肌麻痹的二大主要症狀是疼痛和眼肌麻痹，引起類似症狀的疾病主要有以下幾種，需要鑒別。
1.頸內動脈瘤 位於海綿竇附近的動脈瘤，可引起單側的第Ⅲ、Ⅳ、Ⅵ腦神經及第Ⅴ腦神經第1支受損，出現眼球突出、結膜水腫、偏頭痛後的眼肌麻痹。最常表現為蛛網膜下隙出血，動脈瘤出血占80%～91.3%，因此腦脊液呈血性。腦動脈造影可顯示，不難做出鑒別診斷。
2.眼肌麻痹性偏頭痛 偏頭痛出現於眼肌麻痹之前，疼痛位於額頂部或額眶部，為陣發性搏動性痛或跳痛，不是持續的針刺樣或撕扯樣痛。眼肌麻痹以第Ⅲ腦神經損害多見，很少累及其他腦神經。腦動脈造影為陰性。
3.眼眶炎性假瘤 從病理學上眶內假瘤是一種非特異性肉芽腫，與Tolosa-Hunt綜合征相似，眼眶假瘤臨床表現以眼球突出為主，疼痛性質為鈍痛，眶區可觸及硬性腫塊或條索狀腫塊，伴眼瞼及結膜水腫。約有1/3患者為雙側發病。B超檢查可見眶內腫塊影和眼外肌肥大。
4.鼻咽部腫瘤 鼻咽癌多發生於咽後壁。因該處隱蔽，常於局部症狀之前即有顱底侵犯，有35%～40%的病例引起眼-神經症狀。
5.頸動脈海綿竇瘺 本病以眼球突出、眼球搏動和顱內雜音為三大主要症狀，可伴有眼肌麻痹、結膜充血和水腫，視力損害，頭痛及患眼脹痛。大多數患者頭部有外傷史，頸動脈造影即可做出鑒別。
6.糖尿病性眼肌麻痹 此類患者多有糖尿病的典型臨床症狀，空腹血糖、糖耐量試驗即可做出鑒別。
