本发明公开了一种污染地下水的修复系统及其修复方法，所述修复系统包括循环井、臭氧曝气系统和尾气处理装置；循环井包括内井，与内井共轴且位于内井外部的外井，以及设置在内井和外井之间的密封圈；外井的上部和下部依次设置有上层滤孔和下层滤孔，内井与下层滤孔的对应位置设置有滤孔层；臭氧曝气系统包括设置在内井内的曝气管、设置在曝气管底部的曝气头、以及与曝气管依次连接的臭氧发生器和制氧机；尾气处理装置与外井顶部设置的出气口连接。上述修复系统能够使过氧化钙与臭氧注入到地下水中并随着循环井在地下水中不断循环，臭氧与有机物充分接触并发生氧化反应，从而达到降解去除地下水中有机污染物的效果。