本发明提供了一种基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法和系统，应用于激光超声检测系统，包括：在待评价金属块的多个检测点进行激光超声检测，得到多个激光超声检测信号；获取待评价金属块的被测区域的平均厚度；对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号；对多个激光超声检测信号进行高斯拟合操作，分别得到多个第一中心频率、多个频率带宽和多个第二中心频率；基于多个第一中心频率、多个频率带宽、多个第二中心频率和平均厚度，反演计算待评价金属块的平均晶粒直径。本发明可实现等轴单相金属及合金组织关于平均晶粒直径的定量无损表征及评价，有效提高检测灵敏度和检测结果的可靠性。