本发明公开了一种利用地热能的超临界二氧化碳发电系统及其工作方法，燃烧器的二氧化碳出口与二氧化碳透平的入口相连，二氧化碳透平的出口与第一回热器的热端入口相连，第一回热器的热端出口分别与冷却器的入口和间冷换热器的热端入口相连，冷却器的出口与第一预热器的二氧化碳入口相连，第一预热器的二氧化碳出口和间冷换热器的热端出口均与第一回热器的冷端入口相连，第一回热器的冷端出口与燃烧器的二氧化碳入口相连；间冷换热器的冷端入口和第一预热器热端入口均与地热单元的放热端连接，间冷换热器的冷端出口和第一预热器热端出口均与地热单元的吸热端连接。有效利用地热能对冷凝后的超临界二氧化碳工质进行预热，提高能量利用效率。