本发明公开一种荧光―光学联合断层成像系统及测量方法，包括光源模块，其产生不同波长的激发光并将这些激发光耦合成复合激发光；测量模块，用于放置成像目标体、接收复合激发光、对成像目标体分层进行测量，实现全三维扫描、散射出光子信号并将该光子信号转换为脉冲电信号输出；数据采集处理模块，其接收脉冲电信号并进行多维光子计数测量；计算机控制模块，用于对上述各个模块进行控制并对数据进行采集、分析和显示。本发明将荧光扩散断层成像(FDOT)与扩散光学断层成像(DOT)相融合，实现在FDOT中荧光产率和荧光寿命同时重建，提取出患病区域的目标，为下一步DOT中吸收系数和散射系数重建提供精确位置信息。