本发明公开了一种大气污染物立体分布无人机载超光谱遥测系统，包括：无人机飞行平台受地面控制系统控制在目标区域飞行；GPS记录仪采集GPS数据；稳定对地扫描系统实时采集地表反射和天空太阳散射光信号、地表环境参数和高清图像数据；大气成分超光谱系统对光信号进行分光、探测、转换成超光谱数据后存储，存储GPS数据、地表环境参数和高清图像数据；地面控制系统控制无行人飞行高度和线路，控制光信号、地表环境参数和图像数据的采集范围和采集频率；数据回传与分析系统根据超光谱数据和地表环境参数反演解析以确定大气污染物立体分布信息，并将其结合高清图像数据进行显示，能够识别污染物高分辨率立体分布信息，精准追溯污染源位置。