本发明提供了一种球面光学镜头三维轮廓检测方法及系统，包括如下步骤：装夹固定步骤：人工对光学镜头进行装夹；同心度检测步骤：对被装夹光学镜头轴线与回转轴线进行同心度检测；同心度对正步骤：根据同心度检测步骤检测结果进行同心度对正；曲线检测步骤：对光学镜头曲面曲线进行检测；算法拟合步骤：将多条曲线通过算法拟合为一完整曲面；计算显示步骤：计算出测试结果并以直观的形状显示。本发明通过多组高精度机械运动组件配合，特殊方法处理被检测数据，从而实现了高精度要求的部分光学镜头加工面型的三维轮廓的检测。