本发明提供一种带钢热连轧非平稳过程微小故障检测方法及装置，属于工业过程监测技术领域。所述方法包括：将测试数据划分为平稳变量和非平稳变量测试数据；将非平稳变量测试数据输入到训练好的CA子模型，得到非平稳变量的平稳残差序列，将其与平稳变量测试数据进行结合后输入到训练好的CVDA子模型，得到状态、残差和差异3个子空间的测试数据；将各子空间的数据输入到训练好的SFA子模型，得到慢特征，进而使用孤立森林确定各子空间的局部、全局统计量以及全局控制限，进而判断带钢热连轧过程是否存在微小故障。采用本发明能够解决非平稳过程故障检测中变量非平稳趋势严重、微小故障难以检测且耗时长，以及特征提取对数据进行高斯分布假设限制的问题。