本发明公开了一种高超声速飞行器气动外形自动优化设计系统。包括：预设参数化设计生成飞行器外形的CST函数，获取函数包含的所有设计变量的取值及来流条件；根据设计变量的给定取值，统计出每个设计变量的水平数，生成完全析因设计的样本库；采用牛顿法和切锥/切楔法估算样本库里样本的气动系数；生成飞行器外形对应的数据点文件及模型文件；调用网格绘制软件自动生成非结构网格文件；上传至终端开展CFD计算；对所有样本的气动数据开展多因素方差分析，在多因素方差分析基础上构建代理模型，并在可视化窗口展示优化结果。本发明能够自动完成样本准备和优化，简化了流程，通过改变CST函数能够实现多类飞行器的快速自动建模与优化，具有良好的扩展性。