本发明提供一种船舶水下船身涂层膜厚检测机器人，包括水上装置和水下装置，水上装置包括小船、电源、气泵和控制器；水下作业装置包括潜水艇、螺旋桨装置、气囊、监控设备、磁吸装置和膜厚测量装置。在需要在水下进行测量作业时，启动螺旋桨，将潜水艇沉入水下，在到达检测位置时，通过磁吸装置吸附在船身上，固定潜水艇，通过膜厚测量装置进行船身涂层膜厚的测量；在测量完成之后，将磁吸装置与船体分离，再通过螺旋桨驱动潜水艇离开船底后上浮。作业人员只需要在水上进行监测和操控，即可完成对水下船身涂层膜厚的测量，测量方便快捷，无需泊船进坞，大大提高工作效率。