本发明涉及生物医学领域，具体提供了一种检测非小细胞肺癌的分子标志物及其应用。该分子标志物选自ApoA2、ApoB、C3、FN、His、Cit、Orn、CA、UDCA、LCA、GCDCA、CEA中的一种或几种的组合标志物。本发明首次采用血浆来源的ApoA2、ApoB、C3、FN、His、Cit、Orn、CA、UDCA、LCA、GCDCA和CEA的联合标志物作为非小细胞肺癌检测的生物标记物，同时构建了应用于非小细胞肺癌检测的血浆多维特征早期筛查模型，为肺癌的临床检测提供了新的方向。本发明具有特异性好、敏感度高的特点，对非小细胞肺癌的辅助诊断有良好的临床应用价值。