本发明公开了基于模型空间约束的半航空瞬变电磁数据正则化牛顿反演方法，包括：根据测区测线分布选取NL条测线，并在任一条测线上选取NP个测点；根据测线和测点的数量，预设测线约束算子RL和任一测线的横向约束算子RP；采集测区的电磁数据，并构建一维观测数据向量，与正演的结果做差生成数据拟合项；将测线约束算子RL和任一测线的横向约束算子RP与数据拟合项合并构成正则化目标函数，采用收敛效率高的牛顿法搜寻正则化问题的极小值，求得最优解，并获得地下三维电性结构分布图像。通过上述方案，本发明具有逻辑简单、准确可靠等优点。