本发明公开了一种高超声速三维机翼的非概率可靠性气动结构耦合优化设计方法，其将梁、肋厚度尺寸，弹性模量，密度表述为区间变量，利用区间顶点法获取输入参数的样本空间；根据样本空间中的样本点，完成高超声速三维机翼的有限元参数化建模；利用迭代思想，完成样本空间所有样本点的气动结构耦合分析；筛选得到最大位移和最大应力的区间上、下限，完成不确定参数在耦合系统中的传播分析；引入体积法思想，定义气动结构耦合系统非概率可靠性指标；以机翼结构重量为优化目标，结构最大位移和最大应力小于许用值的可靠度为约束条件，实现机翼结构非概率可靠性优化设计。本发明在保证高超声速机翼高可靠性的前提下降低机翼结构质量，提高机翼性能。