本发明涉及地球物理电磁数据勘探技术领域，具体涉及一种基于有限元算法的瞬变电磁隧道超前探测三维反演方法。以设定方式在掌子面附近区域安装多个回线源，获取掌子面附近区域地层信息数据；采用有限元结构四面体剖分方法将掌子面附近区域剖分为多个自由四面体单元；建立每个四面体单元对应的三维反演模型；利用正演方法计算每个四面体单元内的正演电磁响应，并根据正演电磁响应获取反演模型停止迭代的条件指标；基于拟牛顿算法对反演模型进行迭代求解，直至反演模型满足条件指标后停止迭代。本发明能够有效减少反演迭代次数，提高了三维反演的效率，在保障反演结果的同时提高瞬变电磁隧道超前探测的实用性与普适性。