三坐标复合式测量系统是指在同一个三坐标测量系统上集成两个以上的测量工艺或方法，常见的三坐标复合式测量机有三坐标测量机与激光扫描的集成、三坐标测量机与图像测量的集成，以及上述三种测量工艺的集成等。
三坐标复合式测量系统的优点是利用同一台三坐标测量机，可以测量一个零件的不同特征，从而使测量的结果更准确，效率更高，并节约机器的购置成本。比如，对于既有复杂曲面又有典型几何元素形状的机械零件来说，利用三坐标的接触式测量方法和激光测量方法就可以取得较好的测量效果。而对于一些大量以平面特征为主的零部件来说，图像测量与三坐标的配合则效果会更好。