本发明提供一种刻蚀气体监测系统及气体状态分析方法。该系统包括：信号光源光梳、本振光源光梳、导光模块、等离子体刻蚀腔室、第一信号采集装置、参考臂和气体状态分析装置；导光模块将信号光源光梳发出的信号光和本振光源光梳发出的本振光合束得到混合光，将混合光分束为探测光和参考光；等离子体刻蚀腔室中的刻蚀气体吸收探测光，第一信号采集装置将吸收后的探测光转换为刻蚀射频信号；参考臂中的参考气体吸收参考光，将该吸收后的参考光转换为参考射频信号；气体状态分析装置分别与信号采集装置和参考臂连接，根据刻蚀射频信号和参考射频信号确定刻蚀气体状态，可以提高刻蚀气体监测的灵敏度，分辨率和实时性。