本发明公开了一种重力补偿系统、航天器相对运动地面悬吊实验系统及方法，其中悬吊式重力补偿系统包括支撑架、随动单元、第一吊索和第一控制器，所述随动单元设于支撑架上；第一吊索的一端与随动单元固连，第一吊索的另一端用于与追踪模拟器固连；随动单元的控制端与第一控制器电连接；第一控制器用于根据追踪模拟器的位置和速度信息控制随动平台改变水平位置，使得随动平台在水平方向跟随追踪模拟器的运动轨迹。本发明利用悬吊式重力补偿系统提供三维相对位置运动条件，从而能够在地面开展模拟器的三维相对位置运动地面实验，大大拓展了实验的可信度和应用范围。