本发明提供了一种高时空分辨率全场热释放率测量方法和系统，涉及光学测量技术领域，包括：获取测量装置中的背景图案在照明光源照射下的参考图像；将待测火焰设置于背景图案与成像装置之间的位置，并获取背景图案和待测火焰在照明光源照射下的稳态测量图像；对待测火焰施加来流速度扰动，并获取在照明光源照射下的多个扰动测量图像；计算稳态测量图像与参考图像之间的第一图案偏移量；计算多个扰动测量图像与参考图像之间的多个第二图案偏移量；基于第一图案偏移量和多个第二图案偏移量，计算待测火焰的全场热释放率脉动结果。本发明缓解了现有技术中存在的因测量条件限制而导致热释放率测量分辨率不足的技术问题。