本发明公开了基于优化准则的高速列车空气制动系统早期故障分离方法，属于故障诊断领域，包括：采集高速列车正常工况下多组制动缸压力测量数据，构成多个训练数据集；选取制动保持阶段，计算每个训练数据集所包含相应样本的故障检测组合指标，并计算阈值；在高速列车实时工况下，采集符合要求的制动缸压力数据作为测试样本，计算其故障检测组合指标，并与阈值比较判断有无异常；若有故障发生，基于优化准则对故障样本在不同故障方向上重构，若重构后组合指标低于阈值则认为找到了故障根源，实现故障分离。本发明无需对系统精确建模，是一种数据驱动的方法，对具有相同或类似机理的高速列车空气制动系统具有普适性，而且可同时实现检测与分离功能。