本发明公开了一种参数寻优有限元融合机器学习修正的结构热变形建模方法，包括：采用位移传感器采集结构热变形过程中结构表面关键点的位移变化数据；采用参数敏感性分析方法计算航空航天复合材料结构有限元模型参数主效应值，选取主效应值最大的参数作为待优化的参数；采用多变量遗传算法对待优化的模型参数进行迭代优化；基于温度数据和三向应变数据构建代理模型训练样本；构建多层感知器应变输出代理模型，通过训练样本对代理模型进行训练；建立复杂结构热变形下热载荷‑形变位移‑三向应变优化模型。本发明可以准确的实现复杂结构在热载荷下的热变形分析，在工程结构变形监测领域具有广泛的应用前景。