本发明公开了一种基于微环耦合马赫曾德尔结构的电压测量系统，包括：自下而上依次键合的硅衬底层、二氧化硅层和顶硅层，顶硅层包括输入波导、Y型分束器、耦合的第一环形波导和第一直波导、耦合的第二环形波导和第二直波导、Y型耦合器和输出波导；以及覆盖在第一环形波导上的电光聚合物薄膜，电光聚合物薄膜的有效折射率在被测电压作用下发生改变时，第一环形波导的有效折射率相应发生改变，使第一直波导和第二直波导的输出光之间产生相位差，实现对被测电压的测量。本发明还公开了一种基于微环耦合马赫曾德尔结构的电压测量系统的测量方法。本发明利用电光聚合物的电光性能和微环马赫曾德尔结构的谐振特性，基于电光效应实现电压实时感知测量。