本发明公开了一种垃圾焚烧烟气的处理系统，包括：高温分解单元，对通入的垃圾焚烧烟气进行加热，分解其中的二噁英；降温单元，与高温分解单元连通，对加热分解后得到的烟气进行降温处理，抑制二噁英的再生成；过滤单元，与降温单元连通，对降温后的烟气进行过滤，除去其中的粉尘及固相二噁英；湿除尘单元，与过滤单元连通，过滤后的烟气通入湿除尘单元，利用湿除尘单元中的潮湿环境吸附并除去烟气中残余的粉尘。本发明中，垃圾焚烧烟气中含有的二噁英可通过高温分解除去，干法及湿法配合可最大限度的降低处理后烟气中的粉尘含量，同时，湿除尘单元中的潮湿环境具有对烟气进一步降温的作用，有效抑制了二噁英的再生，确保了二噁英的脱除率。