睡眠性头痛的鉴别诊断包括其他反复表现为睡眠期间或觉醒时头痛的疾病，包括原发性和继发性头痛，以及颅内结构性疾病和一些全身性疾病，可根据其特定临床特征、诊断性检查结果来鉴别。
头痛疾病
可能类似于睡眠性头痛的其他头痛疾病包括：
[微风]偏头痛
[微风]丛集性头痛
[微风]慢性和发作性阵发性偏侧头痛
[微风]药物过度使用性头痛
[微风]颈源性头痛
睡眠性头痛的主要特征是无日间发作，这可与大多数其他头痛相鉴别。其他各类型头痛各有其鉴别特征。偏头痛是睡眠性头痛最常见的鉴别诊断，因两者不仅特征相似，还可以同时存在。提示偏头痛诊断的特征包括先兆和明显的偏头痛症状(如恶心、畏光或畏声)。提示丛集性头痛或阵发性偏侧头痛的特征包括剧烈疼痛、明显的头面部自主神经症状和每日多次发作。药物过度使用性头痛可通过询问用药史来判断，例如阿片类物质、巴比妥类、其他镇痛药、曲坦类药物和多药治疗。颈源性头痛患者通常诉单侧头痛，头颈部活动/改变位置可加重症状。
颅内结构性病因
睡眠性头痛的鉴别诊断还包括颅内结构性疾病引起的头痛，这些疾病可导致颅内压升高或牵拉含伤害感受器的硬脑膜，可通过脑部影像学检查识别，包括：
[微风]原发或转移瘤
[微风]听神经瘤
[微风]硬膜下血肿
[微风]梗阻性脑积水
全身性疾病
一些全身性疾病可表现为头痛，类似于睡眠性头痛，区别在于大多不只发生在觉醒时，还可能存在睡眠性头痛患者所没有的其他症状。此类疾病包括：
[微风]OSA
OSA患者可能主诉头痛，其头痛可能每日发作。但与睡眠性头痛不同，该疾病还存在日间思睡和其他相关特征。OSA所致头痛通常在气道正压通气或其他相关治疗后会缓解。
[微风]夜间高血压
新发或控制欠佳的高血压患者若夜间血压骤升，可出现睡眠性头痛样症状，有效治疗高血压可缓解头痛。
嗜铬细胞瘤也可引起血压波动，包括夜间高血压。除头痛外，嗜铬细胞瘤的典型症状还包括阵发性发汗和心动过速，也可能有阵发性或持续性高血压，可根据儿茶酚胺过度分泌诊断。
[微风]巨细胞动脉炎
头痛症状通常不具特异性，可类似于睡眠性头痛等其他头痛疾病。但有部分患者诉头皮压痛，该病还存在全身性症状(如乏力、发热、体重减轻)和视力丧失，可作为鉴别依据。(参见 “巨细胞动脉炎的临床表现”)
若疑似巨细胞动脉炎，应行诊断性检查，包括ESR和CRP检测。
[微风]癫痫发作
夜间癫痫发作患者可能因发作后头痛而醒来。若头痛伴意识模糊或失禁，或有癫痫发作史，则提示为癫痫发作，而非原发性睡眠性头痛。疑似发作后头痛的患者需行脑电图检查。
OSA和癫痫发作也可能与睡眠性头痛同时存在。
