本发明提出一种基于连续在线观测数据的大气污染溯源预测方法及系统，该方法包括：构建预设区域范围内的网格模型，并对网格模型进行预处理；构建高精度小尺度气象预测模型，将预设区域范围内的气象格点数据作为高精度小尺度气象预测模型的输入数据，结合下垫面特征进行气象因素模拟，计算得到高精度三维空间网格化气象要素数据；构建大气污染扩散模型，将高精度三维空间网格化气象要素数据输入至大气污染扩散模型中，进行气象场和扩散场在时间上的反向推演模拟以得到排放源对观测站点时空上的综合影响概率，最终确定排放源是否为已知源。本发明可实现精准的溯源效果，满足了实际应用需求。