多关节水下无人潜行器变基线三维空间定位方法，包括：步骤1，根据水听器阵列上阵元和潜标声源的信号，获得潜标声源发出的声波到达水听器的时间迟延，进而计算出多关节水下无人潜行器的水听器阵列上每个水听器至潜标声源的斜距；步骤2，根据步骤1得到的结果、多关节水下无人潜行器的尺寸、各关节的转角，计算得到多关节水下无人潜行器的基线的长度L、俯仰角α和偏航角γ；步骤3，根据步骤1和2得到的结果，以及几何坐标关系建立单潜标、变基线长度的多关节水下航行器上水听器位置求解的数学模型，计算得到每个水听器的三维坐标的两组解，再通过多解判别算法求出真解，得到水听器在大地坐标系下的真实坐标，即获得多关节水下无人潜行器的三维空间坐标。