Los parques urbanos son fundamentales en el desarrollo sostenible de los ecosistemas urbanos, mejorando significativamente el entorno ecológico y la calidad de vida de los residentes. Para mejorar científicamente la gestión de los parques urbanos y garantizar la sostenibilidad a largo plazo, este estudio tiene como objetivo establecer un marco para comprender y predecir las percepciones espaciales de los residentes en los parques urbanos. Superando las limitaciones de la investigación empírica tradicional, este estudio realizó una encuesta cuestionaria que involucró a 701 residentes de los parques Chaoyang de Pekín, Century de Shanghái y Yuexiu de Cantón desde mayo hasta julio de 2024. Al combinar el método de diferencial semántico (SD), el análisis de importancia-desempeño (IPA) y los métodos de mapas cognitivos, el estudio evaluó de manera integral las percepciones espaciales de los residentes y sus variaciones en los parques urbanos. El análisis SD destacó las diferencias perceptuales en los tres parques urbanos, revelando la necesidad de una planificación personalizada que considere las características personales y la ubicación geográfica, lo cual es esencial para mejorar los servicios del parque y la satisfacción general. El análisis comparativo mostró variaciones significativas en las preferencias de diferentes grupos de residentes, siendo el parque Chaoyang el que enfrenta una sensación de privación debido a sus características naturales más débiles, lo que sugiere el papel crítico de los elementos naturales en el diseño del parque, mientras que los parques Century y Yuexiu fueron altamente valorados por alinear el diseño del parque con las necesidades y preferencias locales. Los mapas cognitivos revelan la percepción espacial de los residentes sobre los parques urbanos, particularmente sus diferencias significativas en familiaridad con las funciones naturales y sociales, los paisajes artificiales y las atracciones internas de los parques, lo que informa la integración de elementos de diseño que atiendan diversas preferencias y fomenten un sentido de lugar más fuerte. Este estudio confirma la efectividad de combinar métodos tradicionales con el análisis de percepción espacial para evaluar cuantitativamente la percepción espacial de los residentes y proporciona referencias útiles para la planificación y gestión sostenible de los parques urbanos.