本发明提供基于多源模态子空间辨识的结构运行模态分析方法及系统，属于结构模态分析领域，包括：采集结构运行过程中的振动响应，形成振动响应的观测信号并将观测信号进行希尔伯特变换构造解析观测信号；对解析观测信号进行白化处理得到白化信号；根据白化信号计算不同时间延迟的时延协方差矩阵，进行对角化得到复模态矩阵和复模态响应；计算时延协方差矩阵，并构建块托普利茨矩阵；根据块托普利茨矩阵进行奇异值分解，得到系统矩阵；根据复模态矩阵得到振型对系统矩阵进行特征值分解，根据特征值计算获得固有频率和阻尼比。该方法同时吸收参数化和非参数化的优点并能克服各自方法的不足，能够更精确获得模态参数识别结果。