本发明公开一种基于CUDA性能计数器的GPU能耗预测方法及系统，方法包括：获取多个基准应用程序对应的特征数据，得到功率模型数据集和时间模型数据集；训练构建的功率网络模型和时间网络模型，获得目标程序的所有CUDA内核，进而获取目标应用程序对应性能计数器和GPU频率组合，将性能计数器和GPU频率组合分别输入到训练后的功率和时间网络模型中，得到内核的功率和执行时间以及能耗。本发明根据不同类型的GPU和CUDA内核计算能力选择全部性能指标，采用GPU频率组合和CUDA性能计数器作为特征表示，并采集CUDA内核功率和执行时间，从而提高预测精度和泛化性。