快速城镇化导致中国城市群地区生态空间被大量挤占,生态承载压力加剧,已成为制约城市群健康发展的重要因素.本文界定并分析了京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、长江中游5个特大城市群三生空间结构分布特征,解析了1990-2020年生态空间时空分异及其变化的影响因素,进一步通过水资源供给、水质调节、空气质量调节、休闲游憩探讨了近30年生态空间综合承载状态及其时空分异特征.研究结果表明:①不同形成发育阶段的城市群呈现差异性的三生空间面积结构比、以多中心组合为主的生活空间拓展演变模式,以及屏障式、紧密、离散、全包围式的生态空间结构.②1990-2020年城市群生活空间面积持续大幅度增加而生产空间呈现相反趋势,除粤港澳大湾区以外,生态空间均表现出增加态势尤其近10年增势明显.三生空间面积结构及其时空变化特征,说明特大城市群生产、生态空间的主要功能从供给转向调节和文化,并反映了中国从快速城镇化到新型可持续城镇化的转变.③5个城市群分别有78.6％、73.1％、54.5％、56.3％和25.8％市域呈现严重超载的综合生态承载状态,其中水资源供给、水质调节是制约城市群生态承载水平的要因,未来需要重视城市群生态空间保留量及其合理布局以减缓生态承载压力.本文可为城市群绿色可持续发展、三生空间结构优化和配置提供科学依据.