本发明公开了一种基于密度约束的球坐标系重力和重力梯度联合反演方法，包括如下过程：在球坐标系下将地下空间剖分成N个块体单元；每个单元体的重心处的坐标点的重力异常均等效于各块体单元在该点处重力效应的总和；分别建立重力及其梯度异常的核函数矩阵A；构建重力和重力梯度的交叉梯度函数；建立重力和重力梯度联合反演的目标函数；对构建好的所述目标函数利用共轭梯度法进行多次迭代反演求得最优解，得到高精度的反演结果。本发明提出的联合反演方法，一方面重力和重力梯度数据反映地下不同埋深的信息，二者相互约束可以获得更为精确可靠的地下模型；另一方面利用交叉梯度和密度权双重约束可提高大区域下考虑曲率的卫星数据反演的精度。