为了解退耕还林草工程实施20年来黄土高原生态脆弱区生态环境的变化及其主要驱动力，选取榆林市作为黄土高原生态环境脆弱区的代表，基于像元二分模型估算榆林市2001—2020年的植被覆盖度，利用一元线性回归法分析其20年来植被覆盖度的时空变化特征，并结合偏相关分析和地理探测器法筛选退耕还林草不同时期影响榆林市植被覆盖度年际变化和空间分异的主导因素。结果表明：（1）2001—2020年榆林市植被覆盖度随时间序列呈显著增加趋势（S=0.011,p<0.01）。建设期（2001—2010年）榆林市整体植被覆盖度显著增加（S=0.013,p<0.01）,而巩固期（2011—2020年）增加趋势不显著（S=0.005,p>0.05）。（2）2001—2020年榆林市植被覆盖度空间分布呈由东向西递减的格局，榆林市各县（区）植被覆盖度总体呈现增长趋势，其中榆林市东部地区增长趋势较为显著。建设期榆林市植被覆盖度呈增加趋势的面积占比（82.1%）多于巩固期（58.0%）。（3）2001—2020年影响植被覆盖度年际变化的主导因素为累积退耕还林草面积和降雨量，累积退耕还林草面积和降雨量分别是建设期和巩固期的首要影响因素。（4）2001—2020年影响榆林市植被覆盖度空间分异的主导因素为土壤质地、降雨量和土地利用方式。在建设期和巩固期土壤质地的空间差异都与植被覆盖度空间分异密切相关。植被分布的空间异质性和主要影响因素之间的交互作用可为生态恢复措施的精准实施提供科学依据。