本发明涉及一种基于时间域层速度的时深转换速度场建立方法，属于石油勘探开发技术领域。本发明的方法包括以下步骤：1)通过井的时间域合成记录标定获取时深曲线和层速度曲线；2)对井的层速度曲线进行低通滤波处理；3)计算出井与地震之间的层速度误差曲线，对误差进行构造约束的克里金插值；4)原始地震层速度场减去层速度误差场，得到第1次校正后的时间域层速度场；5)采用井控的浅层地震层位时间值横向趋势约束预测、克里金误差校正的方法，建立浅层水平控制时间层以上的填充速度体；6)将第1次校正后的层速度场的浅层部分用填充速度体进行替换，得到最终速度场。本发明提出的速度场建立方法，能够改善时深转换速度场的可靠性。