本发明公开了一种基于概率子域划分和全局代理模型的可靠度分析方法，确定重力坝失效模式并定义失效事件，根据随机变量概率密度函数抽取初始蒙特卡洛样本，然后基于条件概率和马尔科夫链蒙特卡洛模拟MCMC原理，在响应空间对各失效模式进行概率子域划分，对于任一失效模式，选取概率子域中的样本及其对应的真实响应构建代理模型，最后基于构建的代理模型采用蒙特卡洛模拟MCS求解各失效模式失效概率和系统失效概率。本发明通过一次模拟即可构建多失效模式的全局代理模型，具有较高的精度和效率，为重力坝工程可靠度分析与设计提供有效参考，具有较好的应用前景。