本发明公开了一种三维厚度自动检测系统及检测方法，包括三轴伺服工作台，所述三轴伺服工作台的顶部设置有Y轴滚珠丝杆模组和Y轴直线导轨模组，且Y轴滚珠丝杆模组的另一端设置有Y轴伺服电机。本发明设置了X轴伺服电机、Y轴伺服电机、测量平台、激光位移传感器、Z轴直线导轨模组、Z轴滚珠丝杆模组、Z轴伺服电机、X轴直线导轨模组、Y轴滚珠丝杆模组、Y轴直线导轨模组、X轴滚珠丝杆模组和三轴伺服工作台，能够快速找到产品在厚度方面的质量问题并且准确地给出不合格点的位置与数量，同时，本申请只需一个激光位移传感器就能在短时间内实现多点厚度连续检测（最多500点），而且能够实时保存检测数据。