旅游创新是区域旅游系统与乡村产业振兴的重要组成部分，提升乡村旅游创新能力对促进区域旅游高质量发展、实现乡村振兴具有重要意义。以我国各省区2009—2019年乡村旅游相关数据为依据，构建了基于投入、产出和环境维度的乡村旅游创新能力综合评价体系，并运用加权改进灰色关联分析法对我国乡村旅游创新综合与单向能力进行等级划分与空间差异分析。结果表明：（1）通过分辨系数量化和熵值加权处理，加权改进灰色关联法可使乡村旅游能力评价结果更具客观性和动态性；（2）高新技术企业数、R&D投入水平以及乡村旅游专利数分别在创新环境、创新投入和创新产出三大维度中具有重要作用；（3）乡村旅游创新综合能力在我国总体上呈现东部省区较高、中西部较低的分布格局；（4）创新投入能力较高和中等省区主要分布于东部沿海和长江流域，与我国宏观经济发展格局相匹配，创新产出与创新环境的空间分布格局相似。进一步，从优化乡村旅游创新环境、促进创新要素跨区流动、提升乡村旅游创新效率等方面提出促进我国各省区乡村旅游创新能力与水平的政策启示。