本发明公开了一种表层海水中溶存甲烷检测系统及检测方法，该检测系统包括空芯光子晶体光纤、所述空芯光子晶体光纤的进气端和出气端分别熔接单模光纤和多模光纤，所述空芯光子晶体光纤的进气端位于密闭的进气室内，所述空芯光子晶体光纤的出气端位于密闭的出气室内，所述空芯光子晶体光纤的进气端侧面开设进气孔，所述空芯光子晶体光纤的出气端侧面开设出气孔；所述单模光纤连接中红外激光器，所述多模光纤连接光电探测器和数据采集处理器；所述进气室连接标气系统和海水溶存甲烷平衡系统，所述出气室连接真空泵和泄压阀。本发明所公开的系统及方法利用空芯光子晶体光纤作为吸收气室，可以提高光谱吸收路径的长度和提高测量精度。