本发明公开了一种激光抛光在线检测系统，包括激光抛光装置和检测装置，激光抛光装置包括密封箱、设于密封箱内部并用于放置工件的治具、用于发射连续激光和脉冲激光的激光发生器及光束整形器，检测装置包括计算机和分别与计算机电连接的高速摄像机、红外相机、光谱测量组件，高速摄像机用于检测工件表面所形成的熔池流动性和熔池波峰强弱，红外相机用于检测熔池温度、导热方向和导热速度，光谱测量组件用于检测激光作用下熔池发射光束的谱线轮廓和谱线强度。本发明所提出的激光抛光在线检测系统，能够对激光抛光进行在线检测，实时优化激光抛光参数，改善激光抛光质量。此外，本发明还公开一种激光抛光在线检测方法。