本发明属于机器视觉测量领域，提供了一种深孔狭小内腔三维测量系统及方法，包括高分辨率相机与细长镜头、反射镜组、激光器和进给机构。本发明的深孔狭小内腔三维测量系统，结构简单紧凑，更容易深入狭小内腔内测量，系统中的反射镜组改变成像光路，为激光器的安装提供了不遮挡高分辨率相机成像的空间，激光器投射在内腔上的圆环形结构光就可以在单目立体视觉系统近距离范围内成像，且避免了透明玻璃罩带来的测量误差，提高了测量精度。此外，本发明采用了推进式结合结构光可完成360°内腔三维形貌的测量，无需附加的旋转运动，避免了旋转机构带来的系统误差，提高测量精度的同时降低了装置复杂度。