臨床以感染、出血、貧血和髓外組織器官浸潤為主要表現，病情進展迅速，自然病程僅有數周至數月。
1.白血病浸潤表現
AML髓外浸潤可發生在本病各亞型，常是首發表現。
（1）皮膚浸潤M4型、M5型多發生小嬰兒伴高白細胞計數、皮膚浸潤及伴中樞神經系統白血病（CNSL）。外觀呈斑丘疹、結節狀或腫塊，色澤紫紅，可多發而布及全身或少數幾個散布于體表，且對放療敏感。
（2）口腔牙齦改變25%～50%的M5和M4患者可因白血病浸潤出現牙齦增生，嚴重者牙齦腫脹如海綿狀，表面破潰出血，但AML其他亞型牙齦增生少見。口鼻黏膜、扁桃體或舌體浸潤則較不多見。
（3）肝、脾、淋巴結腫大見于約40%的病例（M5型較多見），與急性淋巴細胞白血病（ALL）相比其發生率較低，淋巴結從黃豆、花生米大到鴿蛋大小不等，圓而飽滿，質韌無觸痛，常見于頸部、腋下及腹股溝部，淋巴結、肝、脾腫大也不如ALL明顯。巨大肝、脾腫大僅見于小嬰兒AML。
（4）骨關節痛AML骨痛、關節痛不如ALL常見。骨關節痛易發生在肋骨、脊椎骨，或肢體長骨及肘、踝等大關節，偶爾可出現骨壞死，但關節滲液稀見。表現為持續性并陣發性加劇的骨、關節疼痛或腫痛，行動受礙。小兒以四肢長骨及其關節受累為主，常易誤診為風濕、類風濕性關節炎等病。胸骨壓痛是常見體征，有助于白血病診斷。
（5）中樞神經系統受累（CNSL）初診AML的發生率不詳，但包括復發時的全病程CNSL，總發生率在兒童為5%～20%，成人約15%，明顯低于ALL。CNSL以浸潤軟腦膜為主。臨床出現顱內壓增高、腦神經受損和腦脊液改變，重者可有意識改變或抽搐、癱瘓，甚至發生癲癇樣發作，意識障礙等。
（6）眼部癥狀綠色瘤，M1、M2型多見。常累及骨、骨膜、軟組織、淋巴結或皮膚，但以眼眶和鼻旁竇最常見。可表現為眼球突出、復視或失明。AML視網膜、脈絡膜浸潤比ALL少見，可合并出血或導致失明，眼底浸潤往往提示合并中樞神經系統受累。
AML還可以發生心臟、心包、肺、胸膜、腎及胃腸等各種器官、組織的浸潤，但一般很少導致出現臨床癥狀。睪丸、前列腺、卵巢、子宮浸潤也較少見。
2.貧血
兒童AML開始表現不同程度蒼白、無力、心悸、氣短、這些癥狀由于貧血、血小板減少和中性粒細胞減少，而血象改變是繼發于白血病細胞浸潤骨髓，使正常血細胞減少。少數病例可在確診前數月至數年先出現難治性貧血（RA），以后再逐漸發展成AML。
3.發熱和感染
感染可發生在體表、體內任何部位。
4.出血
約60%的初診AML有不同程度的出血，皮膚黏膜（鼻、口腔及牙齦）出血最常見，眼底、球結膜出血較易見，血尿較少見，但鏡下血尿不易被發現，嚴重的胃腸、呼吸道和顱內出血雖不多見卻常是致死的原因。M3型常合并嚴重的出血和彌散性血管內凝血（DIC）。