一种可飞行的智能环境监测机器人系统，包括定位系统、飞行控制系统、多元数据获取系统和数据处理系统，飞行控制系统接收用户输入的监测区域和目标环境参数，控制智能环境监测机器人系统飞行至监测区域，多元数据获取系统根据用户输入的目标环境参数，在监测区域处获取所需的地面环境的感知数据和/或采集环境样本，数据处理系统对多元数据获取系统获取的感知数据和/或采集的环境样本进行相应处理以得到目标环境参数的值。本申请的智能环境监测机器人系统，能够在监测区域巡航，实时地进行监测，具有较高的时间分辨率和空间分辨率；能够飞行至空中、水面采集样本，能够获取多种感知数据和/或采集环境样本，更好地满足环境监测的要求。