本发明公开了一种横观各向同性多层涂层体系半空间表面在面分布移动摩擦热源作用下三维温度场的求解方法，包括以下步骤：1)通过引入二维傅里叶积分变换在频域推导横观各向同性多层涂层体系半空间表面在面分布移动摩擦热源作用下三维温度场的频域解析解；2)采用基于二维快速傅里叶变换的转换算法由步骤1)的频域解析解转换获得横观各向同性多层涂层体系半空间表面在面分布移动摩擦热源作用下三维温度场分布。该方法求解速度快、精度高，具有较优的鲁棒性，适用于具有任意涂层层数和涂层厚度的横观各向同性多层涂层体系半空间表面在面分布移动热源作用下的三维温度场的求解，适用范围广。