本发明公开了一种自由曲面镜环形光斑光学系统，包括反射式自由曲面组合环形光斑镜，用于实现光束的整形与聚焦功能，通过其反射面将输入的平行光束整形并聚焦，在焦平面上得到目标组合环形光斑；其反射面形状由以下方式确定：基于预设焦距和焦平面上目标光场的预设光斑分布模式，确定入射光场与目标光场能量分布的映射关系，并结合等光程原理，构建目标组合环形光斑所对应的反射面形状的曲面方程；本发明在具有输出组合环形光斑能力的同时，仅通过一个反射式自由曲面组合环形光斑镜即可实现整形与聚焦功能，减少了光学元件，降低了加工难度、误差影响和光路调节难度，光路结构更简单，抗干扰能力更强，整形效果更稳定更多样化。