Rak pljuč lahko zdravimo kirurško, s kemoterapijo, obsevanjem ali tarčnimi zdravili. Ustrezno terapijo izberemo glede na tip raka, njegovo razširjenost in splošno stanje bolnika. 

Pri kirurškem zdravljenju pridejo običajno v poštev lobektomija, ko odstranimo enega od petih režnjov pljuč, bilobektomija - odstranitev dveh pljučnih režnjev ali pnevmonektomija - odstranitev pljučnega krila. 

Z limfadenektomijo odstranimo bezgavke v medpljučnem prostoru, kamor najverjetneje zaseva rak. 

Radioterapija je najpogostejši način lokalnega zdravljenja, v večini primerov z namenom zazdravitve (paliacije), ne ozdravitve. Pri radikalnem obsevanju poskušamo obsevati vse znane lokalizacije bolezni. Pri pooperativnem obsevanju obsevamo na podoben način, a z nižjimi odmerki. Paliativno obsevanje je usmerjeno na lajšanje simptomov, ki jih povzročajo bodisi primarni tumor bodisi zasevki v različnih organih. 

Pri sistemskem zdravljenju raka pljuč uporabljamo kombinacijo različnih kemoterapevtikov in tarčnih zdravil. 

Pri nedrobnoceličnem raku pride v poštev kirurško zdravljenje. Če je bolnik primeren za operacijo; naredimo bodisi odstranitev dela pljučnega režnja ali celega pljučnega krila. Pri višjih stadijih se odločimo za dopolnilno zdravljenje s citostatiki in/ali obsevanjem. Če ne moremo doseči dokončne ozdravitve, bolnike radikalno ali paliativno obsevamo v kombinaciji s kemoterapijo ali brez nje. Bolnike z razširjenim pljučnim rakom zdravimo sistemsko, z zdravili. redko pride v poštev kirurško zdravljenje ali stereotaktična radiokirurgija. K temu dodamo še podporno in simptomatsko zdravljenje. 

Drobnocelični rak pljuč zdravimo predvsem s kemoterapijo ter s podpornim in simptomatskim zdravljenjem. 

Preživetje bolnika z rakom pljuč je v največji meri odvisno od razširjenosti bolezni ob odkritju. 5-letno preživetje bolnikov z rakom pljuč je 10- do 15-odstotno.