本发明涉及一种基于复合传感器的GIS在线监测系统，包括传感器监测单元、信息融合单元和故障诊断单元；传感器监测单元包括智能特高频监测单元和智能超声监测单元；智能特高频检测单元包括特高频传感器；特高频传感器用于采集GIS局部放电产生的电磁波信号；智能超声监测单元包括超声波传感器；超声波传感器用于采集GIS局部放电产生的振动信号；信息融合单元对各传感器采集的有效数据进行关联度分析，得到故障诊断数据，并传输给故障诊断单元；故障诊断单元通过故障诊断模型对故障诊断数据进行诊断，得到GIS故障类型。本发明采用复合传感器联合诊断可提高故障特征准确度，针对不同的传感器采取不同的数据处理方法，适用不同环境GIS监测。