本发明公开了星载单光子激光雷达的叶绿素浓度垂直剖面反演方法，属于激光遥感技术领域，用于获取海水参数、叶绿素参数的垂直剖面，包括：沿卫星飞行方向，将星载单光子激光雷达获取的水面信号光子点云与水体后向散射信号光子点云进行分离提取；利用RL反卷积算法校正单光子激光雷达余脉冲效应对光子信号的影响；构建星载单光子激光雷达水面反射信号光子与水体后向散射信号光子的概率统计模型，利用风速数据计算激光雷达系统常数；构建光谱经验解析模型，计算水体叶绿素的垂直剖面。与现有技术相比，本发明能够准确反演待测水域的水体叶绿素垂直剖面结果，对于监测水体污染、藻类爆发、海洋碳循环、以及全球气候变化等多个领域具有重要意义。