本发明公开了一种薄膜厚度测量方法及系统，该系统包括：照明光学装置，用于产生一锥状光束投射至样品的薄膜表面上一点；成像光学装置，包括聚焦透镜和图像采集模块；所述聚焦透镜将从样品表面反射的光按照入射角从小到大的顺序投射到所述图像采集模块上，所述图像采集模块探测得到样品表面光束的反射强度信息，并根据反射强度信息建立反射率与入射角度之间的关系曲线；薄膜厚度解析装置，利用反射率与入射角度之间的关系曲线和斯涅耳定律构建反射率与折射角度余弦值的函数，并通过对所述函数进行傅里叶变换解析得到样品的薄膜厚度。本发明不仅测量精度高，而且光路简单、紧凑稳定，成本低，易于实现在线测量。