本发明公开了一种无人机搭载式大气污染物多组分监测系统，包括无人机和搭载于无人机的监测装置和采样装置；监测装置包括监测控制模块、真空泵和传感器组件，采样装置包括多个苏玛罐和多个电磁阀，真空泵的出气端口分别与传感器组件所在空间连通以及与每个苏玛罐连通，且苏玛罐的连通管路上接入电磁阀；真空泵、多个电磁阀和传感器组件均与监测控制模块电连接。本发明简单便携、成本低、操控性强、易装卸、可实时传输数据的监测系统，能够获得人工难到达区域的高空立体大气监测数据和大气样品，不受时空限制，实现三维立体的大气污染调查，获得更加准确全面的监测结果。还提供了用于其检测大气环境样品的控制方法、控制装置和监测平台。