本发明属于输变电监测技术领域，公开了一种GIL电弧放电故障定位方法及系统，所述方法包括下列步骤：通过单、双端行波法分别测算出第一、第三故障区域定位，通过行波与超声波信号到达对应检测点的时间差计算第二故障区域定位，分析上述三种定位结果，得出故障综合定位，并据此逆推出在GIL中传播的行波波速，代入单端行波法进行优化运算，以便后续对故障更精准综合定位。本发明还提供了一种GIL电弧放电故障定位系统，包括超声波传感器、行波传感器以及含有计算模块的处理电路，通过处理电路可以执行上述方法。本发明解决了行波法定位结果精度不高、可靠性差，而超声法所需传感器较多的问题，实现了GIL设备电弧故障精确、可靠定位。适用于对GIL设备的故障监控。