本发明提供了一种基于机器视觉的掌子面稳定性监测预警方法及系统，获取掌子面的多帧图像数据，对各帧掌子面图像进行边缘检测，得到掌子面上岩体结构面的分布数据；根据掌子面上岩体结构面的分布数据，构建三维裂隙网络模型，通过三维裂隙网络模型进行基于几何学的关键块体搜索定位，得到关键块体；根据掌子面图像序列中像素在时间域上的变化以及相邻帧之间的相关性，对关键块体是否发生位置变化进行判定，当关键块体在当前帧与初始帧之间的位置变化量大于设定阈值时，判定关键块体发生了失稳，进行预警；本发明不占用施工时间，更加符合隧道实际情况，提高了隧道施工建设效率，降低了施工人员安全风险。