本发明公开了一种针对复杂曲面工件内部缺陷超声波三维层析成像方法，属于无损检测领域。首先获取复杂曲面工件外形尺寸，对其进行检测路径规划，保证扫查过程中，探头方向与扫查点的法向量方向一致；然后在工件表面进行超声检测，并接收超声脉冲回波反射信号；按照扫查点的法向量方向进行偏移，得到新的离散点，利用新的离散点构建成像曲面，同时截取对应位置的A扫描波形，将二者建立映射关系，得到最终的三维C扫层析图像。本发明优化了复杂曲面内部缺陷的成像效果，将探头扫查时的三维坐标点信息与超声回波数据建立映射关系，避免了缺陷形状的扭曲与错位现象，实现了缺陷位置的准确表征。