本发明公开了一种多水源城市供水系统的优化方法，其包括以下步骤：S1、获取目标区域的水源种类、每个水源种类的生产成本、分配成本、处理成本、取用水的污染浓度、处理的污水量和污水处理后的污染物浓度；S2、建立水资源成本模型和污染模型；S3、分别获取水资源成本模型和污染模型的理想值，并构建偏差η；S4、建立供水优化模型；S5、获取可直接饮用水利用率和废水处理率的优化结果；S6、根据可直接饮用水利用率和废水处理率的优化结果，采用供水系统系统动力学模型获取不同规划周期下的供水方案。本发明通过优化多水源城市的供水系统，可减少供水过程中的经济和环境损失，提高城市的可持续性发展。