本发明公开了一种立体变轨式轨道机器人系统及方法，包括：布设在立体空间内不同平面上的若干段移动轨道、能够在移动轨道上移动的机器人、立体变轨装置以及控制系统；移动轨道根据机器人需要到达的位置进行布设，所述立体变轨装置包括机器人转运机构，所述机器人转运机构上设有过渡轨道；所述控制系统通过控制机器人转运机构的升降、回转以及设定方向的移动，使得过渡轨道能够与不同平面、不同方向的移动轨道进行对接，机器人通过过渡轨道实现运行轨道的改变。本发明可实现机器人在空间中多个水平、垂直平面内的位置转移，移动轨道仅需要根据机器人的运行位置进行布设，减少了布设成本，节省空间资源。