本发明提供一种双目全息三维显示系统及其方法，其中系统包括：分光棱镜、第一反射镜、第二反射镜、空间光调制器和全息光学元件，其中：分光棱镜用于将获取到的平行光束分为第一光束和第二光束，所述第一光束照射到空间光调制器上，第二光束照射到第一反射镜上；第一反射镜用于将第一光束照射到空间光调制器上；空间光调制器用于产生第一全息图像光和第二全息图像光；第二反射镜用于将全息图像光照射至全息光学元件上；全息光学元件用于获取第一全息图像光和第二全息图像光，并生成全息三维图像。本发明通过分别将第一全息图像光和第二全息图像光分别照射第一全息元件和第二全息元件上，将左右眼全息图像重建出来，准确的形成全息三维图像。