本发明公开了一种基于单自旋的量子钻石精密磁学测量系统，包括：光学共聚焦模块，所述光学共聚焦模块用于产生预设波长的激光，并照射到探针上，探针中集成有氮‑空位中心，并收集过滤从上述探针中NV色心因能级跃迁发出的荧光；温控模块，所述温控模块用于维持系统的温度环境；微波模块，用于产生微波，并准确辐射至样品，同时减少微波辐射至微波放大器上，以减少对微波放大器带来的损伤；以及扫描探头模块，所述扫描探头模块用实现探针与物镜的对准，以及实现对样品的隔栅式扫描成像。该系统实现了室温大气、多模式、微观磁学特性定量、无损成像，并且极大地满足了拓扑磁结构、超导磁成像、生命科学原位成像等多重要领域的实验要求。