本发明公开了一种湍流燃烧场四维碳烟颗粒初级粒径分布测量系统及其方法，解决了目前测试手段尚无法实际达到湍流燃烧中的所需测试，其技术方案要点是基于发射光谱层析比色测温系统实现湍流火焰温度场的测量，基于层析激光诱导白炽光系统对激光诱导炽光信号进行探测，并结合激光诱导白炽光模型，对离散化的重建区域内每个体素中的激光诱导白炽光信号的衰减曲线进行拟合，最终求得碳烟颗粒初级粒径空间分布，本发明的湍流燃烧场四维碳烟颗粒初级粒径分布测量系统及其方法，可以同时获得时空解析的温度分布和初级粒子粒径分布，最终用于研究湍流火焰中碳烟颗粒的生成及演化规律。