公开了一种基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法，包括：基于目标的观测时刻ISAR图像获取目标的太阳板轴长度、主体轴长度和主体轴方向；在偏航角ψ、俯仰角θ和滚动角均为0°条件下获取目标的第一仿真主体轴方向，根据主体轴方向和第一仿真主体轴方向之间的夹角确定目标的观测时刻偏航角ψt；在ψ＝ψt、条件下获取目标的第二仿真主体轴长度，根据主体轴长度和第二仿真主体轴长度确定目标的观测时刻俯仰角θt；在ψ＝ψt、θ＝θt、条件下获取目标的第三仿真太阳板轴长度，根据太阳板轴长度和第三仿真太阳板轴长度确定目标的观测时刻滚动角。本发明能够得到关于空间目标姿态的定量值，可以准确反演出目标的偏航角、俯仰角和滚动角，从而能够更加直接的了解目标在空中的运动规律。