本发明提供了铁路小半径曲线非对称钢轨廓形鲁棒性优化设计方法，涉及钢轨廓形优化技术领域，包括获取多组随机样本；根据随机样本构建车辆‑轨道系统的耦合动力学仿真模型输出关键指标，关键指标包括轮轨力、脱轨系数、轮重减载率和钢轨磨耗量；根据关键指标和预设的磨耗模型计算得到不同随机变量组合下的钢轨累积磨耗深度数据；根据随机样本、关键指标和钢轨累积磨耗深度数据构建得到动态响应预测模型；将随机样本作为动态响应预测模型的输入值得到概率密度分布结果，并进行敏感性分析得到敏感变量；根据敏感变量和预设的设计变量生成帕累托前沿解，并拟合得到钢轨廓形优化设计方案。本发明实现了钢轨廓形优化解适应复杂、随机的运营环境。