膠質母細胞瘤以手術、放療、化療及其他綜合治療為主。手術應做到在不加重神經功能障礙的前提下盡可能多地切除腫瘤，擴大腫瘤切除范圍既可以有效地內減壓，又能減輕術后腦水腫，減低神經系統并發癥的發生率。腫瘤約有1/3邊界比較清楚，手術可做到肉眼全切除;另2/3呈明顯浸潤性，與正常腦組織分不出明顯界限，如果位于額葉前部、顳葉前部或枕葉者，可將腫瘤連同腦葉一并切除，使術后有一個比較大的空間，這樣效果較好。
如果腫瘤位于重要功能區(語言中樞或運動中樞)，為了不加重腦功能的障礙多數僅能做部分切除，對位于腦干、基底神經節及丘腦的腫瘤可在顯微鏡下嚴格做到切除腫瘤，手術結束時可做外減壓術。據目前統計，膠質母細胞瘤的手術死亡率不到1%，術后神經系統并發癥的發生率在10%以內。腫瘤復發后可再次手術，再次手術的死亡率及術后并發癥均無增加。
每個患者均應行術后常規放療，也可合并應用化療或免疫治療。近來有文獻報道手術后即進行放療，在放療后每隔2個月化療1次，同時予以免疫治療，可使部分病人獲得較長時間的緩解期。
膠質母細胞瘤表現一定的放療耐受性，對于殘余的腫瘤多采用高劑量分割照射、腫瘤間質內放療和立體定向放射外科來實現。HFRT能將傳統外放射劑量提高到70.2～72Gy，而不產生放射性壞死，增強了抑制腫瘤復發的能力。125I質粒的立體定向植入(間質內放療)配合HFRT能夠顯著提高治療效果，優于傳統外放療和化療的組合。膠質母細胞瘤對不同的化療敏感率是40%～80%，利用大劑量多種化療藥聯合沖擊治療后輔助以自體骨髓移植來減少化療副反應也證明是可行的。小
兒膠質母細胞瘤術后3年內腦脊液播散率為(26±7)%，局部復發率為69%，二者同時發生也常見，對手術后輔以腦脊髓照射和局部追加照射也是可行的。
近來，對膠質母細胞瘤的免疫治療、基因治療的報告也有許多，但因治療方法和效果評價標準的不統一，效果均不十分肯定，只能作為綜合治療手段的一部分，無法代替放化療。