本申请提供一种无人机三维航迹监测方法、系统以及三维监测装置，通过无人机三维航迹监测系统对无人机目标进行监控。无人机三维航迹监测方法包括：通过同光轴的双相机对无人机目标进行搜索，并识别无人机目标；通过双相机对无人机目标进行跟踪，获取观测点与无人机目标的距离、无人机目标的俯仰角和无人机目标的旋转角，实时计算无人机目标的三维坐标，并预测无人机目标的三维轨迹。本申请的方法不需要人工干预，通过双相机的配合，能够有效防止跟踪过程中无人机目标的丢失，并且还能进行无人机的航迹预测，监测精度高。系统采用模块化设计，适用领域广，可根据应用条件平衡系统性能和成本。