本发明涉及一种高压大长段电缆绝缘故障在线监测系统，包括：中央处理系统和若干分布式信息集成系统；分布式信息集成系统包括：依次连接的信息传感模块、数据分布式采集模块、数据分布式存储模块、分布式处理模块、信息通信模块；中央处理系统包含大长段电缆中央处理模块和显示模块。本发明提供的高压大长段电缆绝缘故障在线监测系统，融合超声、特高频、脉冲电流和红外热像等多种物理信息，实现绝缘缺陷的定位。其实现了故障在高压大截面电缆各绝缘层的定位，也即径向定位，也实现了故障在大长段电缆位置上的定位，也即轴向定位。本发明的诊断系统安全可靠，故障诊断精度和灵敏度高，易实施。