本发明公开了一种复杂工业过程故障诊断方法及应用。该方法包括步骤：采集多个传感器的测量信号，构建全连接图，所述全连接图中的每个节点对应一个传感器；将所述全连接图输入到基于诊断模型，所述诊断模型包括关系发现模块、特征提取模块和故障识别模块，所述关系发现模块用于识别节点间的交互关系构建异构图，所述异构图中采用多种不同类型的边来表示节点间的不同类型的交互关系，所述特征提取模块用于从所述异构图中提取特征向量，所述故障识别模块用于根据所述特征向量输出故障诊断结果。本发明将故障诊断问题转化为图分类问题，采用多种不同类型的边来表示传感器间的不同类型的交互关系，能够提升复杂工业过程的故障诊断的识别效果。