本发明公开了一种基于超光谱遥感的大气污染物水平分布反演方法，包括：利用设置在高处的超光谱遥感仪器根据设定的方位角和俯仰角序列，采集俯角观测的地表反射光谱；采用成像设备对光路视场进行实时观测，依据观测结果从地表反射光谱中筛选光路未被遮挡的地表反射光谱；对未被遮挡的地表反射光谱，以天顶的观测光谱作为参考谱，采用基于特征吸收的最小二乘法，反演得到大气污染物的差分斜程总量；基于俯仰角序列和光程对大气污染物的差分斜程总量进行水平分段，以得到不同分段的大气污染物的水平浓度分布。该方法通过超光谱遥感采集地表反射光谱，基于地表反射光谱反演得到一定区域内的大气污染物浓度的水平分布。