本发明涉及一种基于应变监测的结构疲劳损伤诊断方法，包括：确定应变监测位置，获取所述应变监测位置的应变峰值数据，对所述应变峰值数据进行特征提取，获得无量纲化的应变峰值相对误差百分比数据；基于所述监测位置的应变峰值相对误差百分比数据设定若干级阈值，判断所述应变监测位置是否产生疲劳损伤；建立高斯过程回归模型，通过所述应变峰值相对误差百分比数据、裂纹信息对所述高斯过程回归模型进行训练，基于训练好的所述高斯过程回归模型识别裂纹长度，完成疲劳损伤诊断。本发明通过该结构疲劳损伤诊断方法，不仅能够监测结构健康状态，还能精确识别结构疲劳损伤程度。