治疗脑肿瘤的方法主要可透过外科手术、放射或化学治疗。医生会按病人的个别情况订定治疗计划，如病人的病情较轻微，治愈的机会高，手术风险较低的话，医生会以根治为目的，彻底为病人消除脑内肿瘤。有些病人在手术后，还需接受一段时间的辅助性药物或放射治疗，以减低复发机会。
主要治疗方法包括：
外科手术
医生会为病人进行开胪手术，切除肿瘤和周围有可能被癌细胞侵占的组织，这是医治脑肿瘤的最基本方法。但当肿瘤侵入、包围或蔓延至一些重要脑组织和神经系统时，手术的风险便会相对提高，切除肿瘤亦会更困难。有时医生在评估病人的病情后，他可能只切除病人大部分的肿瘤，而剩余的部分就需要利用放射或化学治疗去移除。
现时，由于微创手术日渐成熟，大幅提高了手术的安全性和精确性，为病人进行脑肿瘤的切除范围亦不断扩大，这大大增加病人的痊愈率和减低他们的后遗症。
放射治疗
放射治疗是利用高能量放射元素来破坏癌细胞，防止其增生扩散，并尽量减低对周围健康细胞的损害。近年，医生采用较先进的放射疗法，例如强度调控放射治疗技术(IMRT)、影像导航放射治疗技术(IGRT)及动态式弧形放射治疗(VMAT)，能提升放射剂量，有效杀死肿瘤的同时，又能减低对正常组织的破坏。
放射治疗一般在手术后进行，有时也会与化学治疗同时使用。它实时的风险比外科手术低，但亦有可能出现并发症，最常见的有脑水肿、脱发、头痛、恶心呕吐、皮肤变红及疼痛等。
化学治疗
化学治疗是以药物来破坏癌细胞，较常用的药物包括「替莫唑胺」(Temozolmide)或「卡莫斯丁」(Carmustine,BCNU)。病者口服或通过静脉注射抗癌药物后，药物随血管到达身体各部位，破坏已扩散癌细胞的生长和分裂。不过抗癌药物亦会破坏正常细胞，产生一定程度的副作用，如呕吐、眩晕、脱发、容易疲倦及受到感染等。
在手术切除脑肿瘤后，医生亦会考虑把药物如「卡莫斯丁」植入病人的脑空腔内，直接向癌细胞释放药物，这样可减低药物扩散到其它部位，影响健康正常的细胞。
标靶药物治疗
标靶药物治疗是较新的治疗方法，能特别针对癌细胞作出攻击，切断其血液供应，令它们死亡。不过大部分标靶药物仍在临床试验阶段，目前并未大规模使用。