本发明属于海洋工程技术领域，提供一种基于浮体运动响应的波面反演方法及系统。基于浮体运动响应信号初始值，确定由非零初始条件引发的浮体垂荡自由度运动信号的自振响应分量，将自振响应分量从浮体垂荡自由度运动信号中剔除，得到零初始条件下浮体垂荡位移序列；基于零初始条件下浮体垂荡位移序列，以及浮体的极点‑留数表征模型，计算得到输入波面信号的傅里叶系数；基于输入波面信号的傅里叶系数，进行傅里叶逆变换，得到入射波面时程。本发明提供的波面反演方法和系统以拉普拉斯域极留数理论框架为基础，充分考虑了浮体实测运动响应的固有瞬态特征，突破了传统技术将浮体响应全部假设为稳态响应的缺陷，可提高波面反演的精度。