本发明涉及航天器姿态控制领域，特别涉及一种姿热耦合优化设计系统及方法。其系统包括：软件接口模块：提供热控分析软件自动运行的接口；卫星热模型：按照卫星已知输入条件和姿态假设值，在热控分析软件上建立卫星热分析模型；共轭梯度计算模块：根据目标温度场与实际接收的卫星热模型计算的温度场，利用共轭梯度法逆计算惯性定向姿态的太阳矢量；软件接口模块接收计算得到的姿态数据，将姿态数据传递给热控分析软件，进行初始化并启动分析软件；获取热控分析软件计算的温度场结果，将温度场结果反馈给共轭梯度计算模块。在已知目标温度场的条件下，通过共轭梯度法逆设计惯性定向姿态的太阳矢量，从而控制整星姿态和温度同时满足要求。