本发明提供了一种空间动态多目标星上自主跟踪方法和系统，包括：卫星接收到关于动态多目标的初始引导信息包，星上完成数据解调、解扰、解码、解密和解格式操作后，提取时戳和目标位置速度；以初始目标位置速度信息为起点外推各空间目标运动轨迹，并根据卫星与目标可见性约束计算出卫星对多目标的可见弧段；根据多目标跟踪时序分配原则，考虑整星姿态机动能力约束，在确保有效分配的前提下，确定多目标测跟踪次序和跟踪起止时间；根据确定的多目标测跟踪次序与跟踪起始时间，通过卫星姿态控制系统实现整星姿态机动与目标稳定跟踪。本发明可解决对空间广域分布多目标的天基自主跟踪问题，具备响应快、时效性高、目标容量大等优势。