本发明公开了一种基于机器学习的城市居民出行方式选择方法，包括：基于居民出行调查数据、过往研究及经验，设定机动车与非机动车的出行特征和划分阈值；根据过往研究对机动车出行的影响因素，结合居民调查数据、城市POI数据及地图导航数据，提取机动车出行方式选择的所需特征；采用多种数学模型对所述机动车出行方式选择进行建模，并提取最优模型；根据所述最优模型对机动车出行进行选择预测，并计算得到出行中所使用的交通方式。本发明利用机器学习算法，对居民出行交通方式选择建模，能得到更为科学、准确的交通方式选择模型，对城市交通运输负荷进行更为真实有效的把控，同时也能对城市未来交通运输结构的规划和建立提供更可靠的决策依据。