本发明提供了一种气浮球轴承三维姿态测量方法，气浮球轴承姿态转动时，俯仰间隙传感器和滚转间隙传感器分别测量内环与赤道面转接件在滚转轴方位和俯仰轴方位上的间隙变化，俯仰间隙传感器测量值反馈给外环驱动电机并驱动外环跟踪赤道面转接件的俯仰运动，滚转间隙传感器测量值反馈给内环驱动电机并驱动内环跟踪赤道面转接件的滚转运动，外环俯仰转动角度和内环滚转转动角度分别由外环角度传感器和内环角度传感器测量；气浮球绕体轴的自转角度通过安装在内环和赤道面转接件之间的角度传感器测量，俯仰角度由外环角度传感器和俯仰间隙传感器共同测量得到，滚转角度由内环角度传感器和滚转间隙传感器共同测量得到。