本发明提供了一种基于光纤传感的电池故障诊断系统及方法，属于电池健康监测领域，其包括光纤传感单元、扫描单元和信号处理单元，其中光纤传感单元包括多个光纤，各个光纤分别植入单电芯内部以及相邻单电芯的连接点，光纤包括有涂层光纤段和无涂层光纤段，有涂层光纤段用于实现电压监测，无涂层光纤段用于实现温度和/或应力监测；扫描单元与光纤传感单元连接，信号处理单元与扫描单元连接。本发明与在电池组外部布置光纤相比能够获取单电芯内部以及电芯连接点的信息，从而进一步提高电池组故障诊断的准确性，同时利用有涂层光纤段实现电压监测，利用无涂层光纤段实现温度和/或应力监测，以满足多物理场参数的实时、高精度监测需求。