本发明公开了一种轨枕综合优化设计方法，涉及铁路运输领域，包括以下步骤：A：进行综合仿真实验，运用灰色关联法选择最优的轨枕质量与使整体轨道结构动力学响应最低的轨道结构参数；B：以参数优化区间作为变量区间，以步骤A中给出的轨枕设计的约束条件求得轨枕的详细尺寸；C：将步骤B中得到的详细尺寸返回到步骤A中，判断本次输出质量与上次输出质量是否完全相同，若不完全相同，则重复步骤B和步骤C，直到输出完全相同的质量和配套刚度值。本发明以质量作为静载设计优化和动力学优化的纽带，并最终给出以特定轨枕质量下的详细尺寸与在特定轨枕质量下能使动力学响应最优的轨道结构参数，将局部需求和全局最优结合到一起。