本发明属于激光超声检测相关技术领域，并具体公开了一种适用于宽膜厚范围样品的激光超声测量系统及方法。该系统包括脉冲激光器、泵浦探测单元、脉宽调整器、探测器和工控机，其中：泵浦探测单元中的分束器将脉冲激光分为激发光光束和探测光光束；激发光经过脉宽调整器照射在待测样品表面并激发出超声信号，在样品中传播产生回声信号；与激发光存在延时的探测光自样品反射后被探测器接收；工控机接收探测器转换的电信号并提取回声信号，当该回声信号的强度小于预设阈值时，调整脉宽调整器为脉冲展宽状态；当该回声信号的强度大于或等于预设阈值时，保持脉宽调整器为压缩状态。通过本发明，增大激光超声测量技术所适用的样品的膜厚范围。