一部の格闘ゲーム、KOF、鉄拳、DOAでは練習モードで自分の入力したキーが表示されていたはず。改造をせずともよいのでは。
かなり難易度高めですが、ジョイスティックの入力を記録するツールは見つかりました。難易度高めというのは、インストーラやexe形式で配布されてなくて、自分でコンパイルしないといけないからです。それにこいつはPCに接続されたジョイスティックを読み取るものであって、ゲーム機やアーケード基板が相手では使えません。そもそも質問自体に、対象ゲームやハードが一切書かれていないから、使えないじゃないかと言われても困るけど。
http://g1g0.com/2012/03/1737/
その辺に対応したければ、ジョイスティックを改造するしか方法はないです。スイッチを全部外部に引っ張り出して、それを別のジョイパッドなりにつなぎ、そのジョイパッドの入力として別PCで読み取るという作戦。そうすれば先に例示したツールが使えるし、あるいは外部に引き出した信号をDI/Oモジュールみたいなものにつないで監視し、どのスイッチがどのタイミングで入ったかをリアルタイムで記録しグラフ化する(ただしそのためのソフトも多分自作になる)ことになるでしょう。ちょっとこれじゃ、今回の質問に対する解答としては×かなあ…
ただ単に、ソフトでジョイスティックの入力を読み取って表示させるだけのツールなら簡単に作れるでしょう。でもそれじゃあ気分が出ないというか、エアギターみたいになっちゃって実戦にどれだけ役立つかは微妙な予感。やっぱりゲームそれ自体が動いてないと。
ジョイスティック自身にコマンド入力を記録し、それを後から参照できる機能が付いたものがない限り、今回の質問への一発回答にはならないと思いますが、そんなものは売ってなさそう。工作のネタとしては楽しそうな題材ですけどね。