本发明公开了基于机器学习的激光器温度控制系统及方法，包括：通过温度采集模块采集被控对象的实时温度数据，将所述实时温度数据分别传输给微控制器模块和用户界面模块；基于所述用户界面模块设置温度设定值，基于所述微控制器模块，根据所述实时温度数据与所述温度设定值，获得当前温度的温度误差结果；根据所述当前温度的温度误差结果，基于控温模块对被控对象进行温度控制操作，完成温度控制。本发明有效解决了激光器研发中因被控对象控温困难而引起的输出功率不稳定、光束质量不理想等问题，大大提升激光器的性能。