本实用新型提供了一种二氧化碳多段合成制甲醇系统，包括：原料氢气压缩系统；加压及汽化系统；1至n段甲醇合成及分离系统，原料气体中的氢气经过压缩后与加压汽化后的部分二氧化碳以及循环气混合依次进入第1至n段甲醇合成及分离系统，并在其内合成粗甲醇，其中，第n段甲醇合成及分离系统生成的气体分为：循环气，经过循环气压缩C1返回到第1段甲醇合成及分离系统；以及剩余气体，进入第n+1段甲醇合成及分离系统；二氧化碳补给系统，连接每一段甲醇合成及分离系统以调整其氢碳比，通过设置多段甲醇合成系统及多段分离系统，从合成气中分离出产品甲醇，持续推动反应平衡向正反应方向移动，从而提高反应效率，降低能耗。