本发明公开一种三维暂态磁场测量系统，包括依次连接的三维磁场测量探头、三维信号合成单元、光纤传输单元和信号处理单元；三维磁场测量探头包括绝缘配重底座、有机玻璃支柱和三个磁场探头；有机玻璃支柱竖直固定在绝缘配重底座上；三个磁场探头分别为三维Y轴垂直方向磁场B‑dot探头、三维Z轴垂直方向磁场B‑dot探头和三维X轴垂直方向磁场B‑dot探头；三个磁场探头固定在有机玻璃支柱上。本发明在恶劣电磁工况下采用三维硬件合成进行暂态磁场测量，可用于电力、军事、航空、航天和铁路等需要进行三维暂态磁场测量的领域。