本发明提供一种高分辨率的时空无缝地表土壤水分估算方法及系统，包括：获取时空无缝的公里级地表温度数据、归一化植被指数数据和粗分辨率被动微波土壤水分数据；对地表温度数据、归一化植被指数数据进行升尺度处理得到粗分辨率地表温度和粗分辨率植被指数，并结合粗分辨率被动微波土壤水分数据构建的土壤水分估算的经验统计回归模型、半经验半物理模型和随机森林模型；将公里级的地表温度和植被指数并分别输入各个模型，得到地表土壤水分估算结果，并分析各个模型对应的残差值，根据残差值建立线性融合模型，得到高空间分辨率土壤水分融合数据，进一步分析估算残差，根据该估算残差计算得到时空无缝且值域一致的高空间分辨率土壤水分数据。