本发明公开了一种光声复合三维微纳成像检测系统，包括光全息光路，还包括计算机、显微镜、用于放置固体样品的压电晶片和用于驱动压电晶片振动的功率放大器，计算机上接有同步控制器和数字相机，同步控制器上接有波形发生器和脉冲激光器；光全息光路包括物光光路、参考光光路和第一分束立方镜，物光光路包括第二分束立方镜、第一扩束镜和第一反射镜，参考光光路包括第三分束镜、第二反射镜和第二扩束镜；本发明还公开了一种光声复合三维微纳成像检测方法。本发明设计合理，实现方便，能够适用于不同厚度的固体样品的缺陷检测，检测速度快，检测精度和可靠度高，真正实现了无损检测，实用性强，应用范围广，便于推广使用。