本发明属于铁路轨道检测技术领域，特别涉及一种多传感器融合的高铁轨道中心线检测系统和检测方法。该多传感器融合的高铁轨道中心线检测系统包括：CPIII控制桩和轨道车；每个CPIII控制桩固定有一个CPIII标识物；轨道车的任一车轮的转轴上设置有编码器，轨道车的下方中央处固定有惯性导航仪，上方中央处固定有相机支架；相机支架上四个线阵相机；轨道车上还固定有触发控制器和计算机；计算机内设置有图像采集卡和第一数据采集卡，编码器的输出端分别电连接触发控制器和第一数据采集卡；触发控制器的输出端电连接每个线阵相机，每个线阵相机的输出端电连接图像采集卡；惯性导航仪的输出端通过串口电连接计算机。