本发明公开了一种针对非平稳工业过程的故障监测方法和装置，方法包括：利用稀疏平稳投影矩阵对工业过程的多维观测变量进行稀疏线性组合构建多维度平稳源，并构建平稳源的监测统计指标；其中，稀疏平稳投影矩阵，采用平稳子空间分析方法并在优化问题中引入l2,p范数作为稀疏约束，并利用由多维观测变量构成的训练数据求解得到；根据每条训练数据，均计算平稳源的监测统计指标，并计算平稳源的控制限；在线监测阶段，根据实时观测数据计算平稳源的监测统计指标，并与控制限比较以完成故障检测；之后将每个观测变量对于监测统计指标的贡献值进行动态重构，通过比较重构贡献值的大小来确定故障变量。本发明可以实现高故障检测率以及精准确定故障位置。