本发明公开了一种净化流域水的多级复合人工湿地系统，属于人工湿地技术领域。所述净化流域水的多级复合人工湿地系统包含依次串联的由三级生态塘串联构成的生态塘、人工湿地区；所述人工湿地区由潜流湿地和表流湿地交替串联构成；所述潜流湿地由2个以上框格并联构成，所述表流湿地由2个以上表流湿地子单元并联构成。多塘系结合和多区串并联构筑人工湿地系统可以加强系统泥沙沉淀率、同类污染物的深层次净化，提高净化效率。另外，所述净化流域水的多级复合人工湿地系统能够起到滞纳洪峰的作用，在长历时或高雨强降雨事件造成的高负荷面源污染可采用提高预处理规格和多构筑物的人工湿地工艺设计来加强系统净化效应。