本实用新型公开一种采用二氧化碳热泵的恒温供水系统，其包括一次侧回路和具有进水口、出水口的二次侧供水管路、设置在所述一次侧回路中的热泵热水机和设置在所述一次侧回路和二次侧供水管路之间的换热器，由于本实用新型通过回水温度传感器检测水温和多个回水水箱温度传感器，即使第一换热管流出的回水温度出现波动，也能将回水输入温度接近的回水箱部位，使得回水水箱的水始终保持稳定分层状态，避免了自回水水箱送入热泵热水机的水流出现水温波动，从而实现恒温供水。