La discusión y análisis en profundidad del efecto sinérgico de la nueva urbanización, la ecologización y la digitalización (NUGD) es importante para lograr un desarrollo social, ecológico y económico sostenible. Por lo tanto, en este estudio, se construyó un sistema de índices de evaluación compuesto por estos tres subsistemas para las ciudades chinas de 2011 a 2021. Los niveles de desarrollo integral y colaborativo de cada subsistema se midieron mediante métodos que incluyen el método de peso de entropía y el modelo de coordinación de acoplamiento, respectivamente. Luego, se aplicaron métodos como ESDA y el coeficiente de Gini de Dagum para investigar la evolución espaciotemporal y las diferencias espaciales en el efecto de triple sinergia del sistema NUGD en las ciudades chinas. Finalmente, se revelaron los factores limitantes del efecto de triple sinergia utilizando el modelo de grado de obstáculo. Los hallazgos demostraron lo siguiente: (1) En general, los subsistemas NUGD y sus niveles integrales estaban en aumento, con niveles de desarrollo general moderados. (2) El desarrollo sinérgico del sistema NUGD mostró una tendencia ascendente. Espacialmente, el nivel de desarrollo sinérgico mostró una diferenciación distinta, siendo más alto en el este y más bajo en el oeste. Las características de variación dinámica multidimensional obtenidas a través de la estimación de densidad de kernel revelaron que el nivel de triple sinergia exhibe alta estabilidad. (3) Las diferencias dentro del este y entre las áreas oriental y occidental fueron las más grandes, siendo la intensidad de transvariación la principal fuente. (4) Las cinco capas de criterio, que incluyen variables de urbanización social y espacial, fueron las principales restricciones que afectaron la triple sinergia del NUGD en las ciudades chinas, y no se debe ignorar el papel restrictivo de factores como la proporción de tierras de construcción urbana y el volumen de negocios postales per cápita. Este estudio proporciona una referencia valiosa y orientación para la toma de decisiones para promover la aceleración de China hacia un nuevo camino de urbanización apoyado tanto por la digitalización como por la transformación verde.