产业集聚有利于发挥集聚经济外部性，是加快城市经济高质量发展的重要途径。本文基于2005—2018年中国278个城市面板数据，采用SBM-DEA模型对各城市经济高质量发展水平进行测度，并通过运用GIS空间分析和空间杜宾模型，深入分析产业集聚空间格局演变及其与城市经济高质量发展之间的关系。研究发现：（1）在考虑不同空间权重矩阵情况下，产业集聚对经济高质量发展提升具有显著正向直接效应和空间溢出效应，且高铁开通引致的时空压缩使得两种效应的促进作用更大。（2）制造业和生产性服务业集聚对经济高质量发展的作用路径不同，前者对经济高质量发展的影响更多地体现在直接效应；而后者更多地表现为空间溢出效应。生产性服务业经营范围更大，不仅有利于本地区制造业转型升级，也可通过产业关联和空间溢出带动临近城市经济质量提升。（3）东部城市更多依赖于生产性服务业集聚；而中西部城市更依赖制造业，且受产业发展层次影响，其空间溢出效应较低。（4）大城市生产性服务业集聚带来的空间溢出效应明显高于直接效应；中等城市生产性服务业集聚在调节制造业集聚的促进作用时起到的作用有限；小城市产业集聚对经济高质量发展的影响整体较弱，而对政府财政科技支出依赖性更大。