本发明提供一种水泥窑热生料自动取样及在线检测系统和在线检测方法，该系统包括热生料自动取料装置、检测机构、数控装置以及安装在下料管出口处的制样机构和用于将制样机构中制作的被测样品运送至检测机构的检测位置的取样机构，数控装置控制第一驱动机构驱动取料抓斗完成自动取料、下料操作，并控制取样机构与制样机构配合自动完成制作被测样品和自动取样操作以及控制检测机构自动完成检测。本发明采用连续的流水线方式实现自动取料、自动取样和在线检测，及时获取检测结果，时效性好；通过热生料自动取料装置自动从下料筒直接抽取热生料用于制作样品，降低了人工取料的危险性，有效消除安全隐患，同时减少了人员的工作劳动强度。