一种六自由度干涉测量系统及方法，包括双频激光发生器、光纤分光器、外差参考光电转换单元、电子信号处理部件，该系统还包括读数头阵列和测量光栅阵列；读数头阵列由三个光栅读数头和三个外差激光读数头交叉叠放而成，测量光栅阵列由三个测量光栅组件和三个外差激光反射镜交叉叠放而成。应用该系统的测量方法为：双频激光发生器产生双频激光经过光纤分光器分为六路进入读数头阵列，读数头阵列将获得的包含测量光栅阵列位移信息的六个电信号输入电子信号处理部件，经解算实现六自由度测量。该测量系统具有结构紧凑、体积小、质量轻、便于布置等优点，适用于光刻机磁浮粗动台和机床直线度标定等需要较大行程位移的六自由度位移和姿态的测量。