本发明公开了一种用于多级叶轮机的三维时序效益最大化方法。该方法包括：包括：1)对多级叶轮机在多个时序位置进行非定常流场时间精确模拟；2)分析整理一个时序周期内每个时序位置多级叶轮机时均效率的展向分布；3)沿展向连接各特征截面最大时序效益点；4)确立目标缘线匹配组合；5)对每一组缘线匹配组合进行时间精确三维非定常流动模拟；6)由时间精确三维非定常流动模拟整理出时均效率结果；7)将每一组时均效率结果以SH、ST为变量画等值线，由其中选出时均效率最高点；8)由步骤7)中时均效率最高点所对应坐标SH、ST重新积叠生成叶片。本发明适用于航空、航天、航海及工业能源动力领域高效多级叶轮机研制。