本发明公开了基于特征样本的水电机组故障诊断方法和系统，该方法通过收集水电机组中水轮机在各正常状态下的特征数据形成特征样本集合，根据特征样本集确定各个特征数据阈值；采集当前状态下水电机组的水轮机进水量、核心部件温度和水轮机振动频率形成的实测数据；基于特征数据集合和实测数据之间的距离和相似度，判断当前状态下的水电机组是否异常。该方法具有数据驱动的特点，不需要深入了解水电机组的内部结构和机理，具有较好的泛化能力和鲁棒性，在水电机组故障诊断中具有广泛的应用前景。