本发明公开一种机车温度传感器故障诊断及容错估计方法，步骤包括：1)预先建立故障工况与温度测量值之间的对应关系、以及各故障工况下温度测量值与温度真实值之间的关系模型；2)机车运行时，实时采集当前温度测量值；判断当前温度测量值是否为有效检测值，如果是，则诊断为处于正常状态，将当前温度测量值作为温度真实值输出；否则诊断为处于故障状态，转入执行步骤3)；3)根据对应关系定位当前温度测量值所对应的故障工况，并根据关系模型重构或估计出当前温度真实值。本发明具有实现操作简单，能够自动诊断温度传感器的故障，同时实现对具体故障工况的准确定位以及温度真实值重构或估计的优点。