本发明属于钼冶炼技术领域，本发明公开了一种氧化钼焙烧系统，包括第一回转窑、第一换热器、热风分配器、第二回转窑、第二换热器、干燥床和第一进料机，第一回转窑一端与第二换热器相连，第一回转窑另一端与第二回转窑相连，第一换热器设在第一回转窑上，热风分配器的一端与第一换热器相连，热风分配器的另一端分别于第一回转窑和第二回转窑相连，第二换热器的一端与第一回转窑相连，第二换热器另一端与干燥床相连，第一进料机设在所述干燥床与所述第一回转窑之间。本发明的氧化钼焙烧系统，能够将热量全部循环利用、降低能耗降低、提高自动化程度高和氧化钼的可溶率。