本发明提供一种大口径反射镜检测系统，包括干涉仪、分光镜、补偿镜组、无像差汇聚透镜组、朗奇光栅、成像镜组和相机；干涉仪发出的平面波入射至分光镜，经分光镜反射至补偿镜组，补偿镜组将平面波调制为非球面波后入射至非球面被检镜，经非球面被检镜反射后原路返回至分光镜，一路经分光镜反射进入干涉仪形成干涉图像，另一路依次透过分光镜、无像差汇聚透镜组、朗奇光栅到达成像镜组，通过成像镜组在相机内形成朗奇条纹图像。本发明不但可以对粗加工阶段进行检测，还可对精加工阶段进行检测，二者的检测结果可实时对比校正，同时避免不同检测系统进行过程检测时多次光轴对准与大口径镜面的移动，从而提高检测效率、精简检测系统结构。