本发明属于能源与环境技术领域，主要涉及一种城市综合能源系统多目标优化方法，包括如下步骤：S1：城市综合能源系统环节划分；S2：城市综合能源系统能效建模；S3：城市综合能源系统经济性建模；S4：城市综合能源系统环保性建模；S5：城市综合能源系统优化目标与约束；S6：城市综合能源系统优化求解，选用NSGA‑II算法求解多目标优化问题，采用本发明所述的方法，可将能源技术效率、经济效益、环境效益作为多目标，对城市综合能源系统进行优化与分析，为城市能源规划与发展提供科学依据。