本发明公开了一种四旋翼飞行器姿态控制系统及控制方法，首先获取当前飞行器的姿态角信息，所述姿态角包括滚转角、俯仰角和偏航角；其次，分别设计滚转角、俯仰角和偏航角的控制器，其中滚转角与俯仰角的控制器相同；最后对获得的三个控制器的控制输入进行叠加后输出一个总的驱动信号从而驱动电机工作以控制飞行器姿态。采用陀螺仪结合加速度计，并根据飞行器姿态角模型设计出卡尔曼滤波器在线推测姿态角，同时还能得到系统的中间状态变量，具有一定的滤波效果。