סרטן ריאה יכול להתפתח בכל חלק של הריאות או דרכי הנשימה.  קיימים שני סוגים עיקריים של סרטן ריאה: סרטן ריאה מסוג תאים קטנים וסרטן ריאה מסוג תאים שאינם קטנים. סרטן ריאה מסוג תאים שאינם קטנים - (Non-Small Cell Lung Cancer - NSCLC)
 כ-85-80% ממקרי סרטן הריאה הם מסוג זה.  סרטן זה נחלק לשלושה סוגים עיקריים:
  תאים אלה נמצאים גם ברירית הסמפונות.  סוג זה של סרטן ריאות מופיע בעיקר במעשנים או מעשנים לשעבר,  אך זהו גם הסוג הנפוץ ביותר של סרטן ריאות המאובחן באנשים שאינם מעשנים. קרצינומת תאים קשקשיים (Squamous Cell Carcinoma) - גידול שמקורו בתאים המצפים את הסמפונות.  במקרים רבים סרטן זה מתפתח כתוצאה מעישון.  לעיתים מכונה בשם "קרצינומה בלתי ממוינת".  ולכן קשה יותר לטפל בו.  או משום שהביופסיה אינה מכילה תאים בכמות מספקת. סרטן ריאה מסוג תאים קטנים - (Small Cell Lung Cancer - SCLC)
  וברוב החולים בעת האבחון הוא כבר התפשט מעבר לריאות.  כ15-10%- ממקרי סרטן הריאה הם מסוג תאים קטנים. מזותליומה (Mesothelioma) - סוג שכיח פחות,  שמקורו בתאי הקרום המצפה את הריאות (הפלאורה),  והוא קשור לעיתים קרובות לחשיפה לאזבסט. קרצינואיד של הריאה - גידול נדיר שעלול להתפתח בריאות,  המערכת הנוירואנדוקרינית מורכבת מתאי עצב מיוחדים המפוזרים באיברים שונים בגוף ומייצרים הורמונים,  אשר מסייעים בתפקודם של איברי הגוף השונים.  לימפומה וסרקומה של הרקמות הרכות,  במקרים אלה לא מדובר בסרטן הריאה,