本发明公开了一种三维飞行器结构电磁散射等几何鲁棒性形状优化方法，该方法包括：步骤1、采用细分曲面方法构建飞行器结构的细分曲面CAD模型；步骤2、选取细分曲面CAD模型的控制点作为设计变量，在确定性优化模型的基础上考虑随机变量的影响，建立鲁棒性形状优化数学模型；步骤3、使用三维等几何边界元方法计算RCS；步骤4、采用多项式混沌展开法计算目标函数；步骤5、采用伴随变量法求解目标函数的形状敏感度；步骤6、控制点更新与形状演化。本发明可以在复杂飞行器结构的CAD模型中直接进行形状优化，消除网格划分过程，保证几何精确性，同时适用于多维不确定性参数，因而可以大幅提高形状优化的效率、精度以及鲁棒性。