As principais manifestações clínicas dos indivíduos com PKU clássica não tratados são atraso de desenvolvimento psicomotor e retardo mental em graus variados. Outras manifestações são: 1) urina com odor característico, resultado da eliminação de fenilcetonas, o que justifica o uso do termo fenilcetonúria; 2) crises convulsivas; 3) diminuição da pigmentação cutânea e eczema; 4) calcificações cerebrais.
A PKU é tratada através de dieta pobre em fenilalanina, instituída preferencialmente até a terceira semana de vida, o que geralmente previne o retardo mental.
Mulheres com PKU precisam manter dieta durante a gestação, pois níveis séricos elevados de fenilalanina e derivados são embriotóxicos, independente do genótipo do concepto. Esta condição é denominada PKU materna. Além de malformações congênitas múltiplas e retardo mental, pode ocorrer morte intra-uterina. A freqüência das anormalidades observadas na PKU materna apresenta correlação positiva com os níveis de fenilalanina no sangue materno.