本发明公开了含气体水合物沉积物土水特征曲线的测量系统及其方法。该系统包括低场核磁共振测试仪、岩心夹持器、水合物制备装置、温度控制装置、气体驱替装置和围压控制装置；沉积物样品通过岩心夹持器固定于低场核磁共振测试仪的置样箱内，水合物制备装置为沉积物样品提供水合物生成所需物；温度控制装置用于控制水合物生成和分解的温度；围压控制装置为沉积物样品提供围压；气体驱替装置用于驱替沉积物样品中的水分；该系统能测试水合物聚散和有效应力作用下的沉积物土水特征曲线，可用于探究降压开采过程中含水合物沉积物微观结构参数演化及其对气、水相对渗透率的影响规律，为我国南海水物开采产水、产气规律提供技术支撑。