本发明提供一种水下机器人同步定位系统及方法，系统包括主动视觉模块，被动视觉模块、惯性测量模块；方法包括：对惯性测量模块得到的惯性测量单元信息进行预积分处理，得到水下机器人的惯性因子；根据主动视觉模块获取到的灰度图像，确定在主动视觉坐标系下的三维点云坐标集；基于被动视觉模块获取到的二维图像，从三维点云坐标集中确定目标三维点云坐标，并根据二维图像确定最终回环因子；根据目标三维点云坐标确定混合视觉因子；通过混合视觉因子、惯性因子以及最终回环因子对水下机器人的初始位姿进行调整，得到水下机器人的当前位姿，进而完成同步定位。通过本申请，能够结合视觉信息和惯性信息准确估计水下机器人的位姿，提高定位精度。