本发明涉及生物医药技术领域，特别是涉及一种用于非小细胞肺癌诊断和预后判断的生物标志物及其应用。更具体地，本发明涉及一种用于非小细胞肺癌的诊断和预后判断的生物标志物，所述生物标志物是ECHS1和/或XYLB。本发明人已发现，ECHS1和XYLB在非小细胞肺癌患者中的表达水平明显高于健康人群中的表达水平。更特别地，本发明人发现，ECHS1和/或XYLB的高水平表达在用于诊断非小细胞肺癌时具有良好的灵敏度和特异性，并且与非小细胞肺癌患者的预后相关，因此可以作为用于非小细胞肺癌诊断和预后判断的生物标志物。