本发明提供一种天然气发动机尾气甲烷浓度在线实时监测系统，包括激光可调谐系统部分、气体成分检测系统部分和数据处理系统部分；所属激光可调谐系统部分包括计算机、可调谐激光器和激光器驱动；所述气体成分检测系统部分包括准直器、排气系统管路、耐高温软管、冷却管路、阀门和气体吸收池，所述阀门包括进气阀门和排气阀门；所述数据处理系统部分包括探测器、锁相放大器、示波器、数据采集卡和计算机；本发明在工作过程中，通过对天然气发动机排气系统管路中废气的采集，实现在线实时监测尾气中甲烷浓度的变化，整个系统操作简单、成本低、恶劣环境适应能力强、维护成本低、安全无污染、实时测量、可靠性高等优点。