本发明公开了一种基于红外多光谱传感器的牛奶主要成分测量方法，包括牛奶样品的特征获取、测量模型的建立和牛奶中蛋白质和脂肪含量的测量。通过多光谱传感器采集不同种类牛奶样品的波长特征，结合标准方法测定所述牛奶样品中的蛋白质和脂肪含量，构建牛奶主要成分测量模型，训练好的测量模型用于牛奶中蛋白质和脂肪含量的测量。本发明基于多光谱传感器获取样品对应的多波长光强特征，使单个样品对应多个有效特征，极大提高了牛奶蛋白质和脂肪的测量精度，实现了对牛奶样品的快速无损预测，具有简单、快速、低成本和环保的优点。