本发明提供一种三维形貌精确控制加工系统及加工方法，解决现有三维结构形貌及尺寸无法精密加工的问题。本发明系统和方法在激光加工头上设置共焦位移传感器，首先，通过共焦位移传感器高精度调整加工件的空间位置姿态，从而完成加工件的高精度定位和基准校正；其次，标定共焦位移传感器与激光焦点之间的相对位置，为后续激光扫描去除工件材料后的焦点跟随奠定基础；再次，通过共焦位移传感器测量各层激光扫描后的三维形貌，结合正交式逐层扫描和变单脉冲能量方式，可大幅提升底面形貌的粗糙度和加工深度控制精度。