本发明公开了一种超声辅助膜蒸馏水处理系统及方法，系统包括原水箱、加热器、进水泵、超声辅助膜蒸馏罐、膜组件、冷却水循环泵、冷却器和冷却水箱；膜组件设置在超声辅助膜蒸馏罐内，超声辅助膜蒸馏罐内壁四周布置有超声发生器；原水箱、加热器、进水泵和超声辅助膜蒸馏罐依次连通，并且超声辅助膜蒸馏罐的出口连通原水箱形成循环回路；冷却水箱、冷却器、冷却水循环泵和膜组件相连，膜组件的出口连通冷却水箱形成循环回路；在膜组件的工作环境中增加超声发生器，强化膜表面的传质效果，减缓浓差极化现象，使膜的渗透通量得到提升，对膜组件的表面能够起到清洗作用，减缓膜组件污染，能够充分满足废水脱盐的要求，并得到品质较高的产水。