本发明公开了一种非球形微粒轴向位置的高精度定位方法,包括以下步骤:采用同轴数字全息显微镜记录实时全息图,再通过数值重建非球形微粒的散射光场,利用局部光强最大对轴向位置进行预先定位,再利用高斯分布对轴向光强分布进行拟合,获取每个微粒准确的轴向位置;本发明能够对多个如细菌、细胞、病毒等非球形微粒进行轴向的实时追踪,定位精度优于100nm,适合于同时监测多个微粒的动态行为。