本发明公开了一种多目标三维信息快速获取光电探测系统，包括二维扫描反射镜、光学反射镜、红外激光分光元件、红外传感器、激光反射镜和激光测距传感器，所述二维扫描反射镜的俯仰角由人工操控确定红外传感器的搜索跟踪范围，光学反射镜位于二维扫描反射镜的垂直正上方，光学反射镜和二维扫描反射镜的俯仰角一致，红外激光分光元件位于光学反射镜的同一水平面一侧。本发明具有对目标的红外成像、搜索跟踪、三维信息获取等功能，在一个探测周期内同时可获取目标的空间、热辐射、距离等多维度信息，便于目标的成像跟踪及威胁判断等。