本发明提供一种基于水泥生产线的二氧化碳捕集系统及方法，所述二氧化碳捕集系统包括第二预热分解装置和风送设备；第二预热分解装置和风送设备通过循环风道连通，并形成闭环系统；循环风道用于与二氧化碳捕捉装置连通；第二预热分解装置与第一预热分解装置连接，以接收来自第一预热分解装置的生料；第二预热分解装置与回转窑连通，以通过回转窑处理生料分解后的固体产物；第二预热分解装置包括第二分解炉，第二分解炉内设有电加热器或气体燃烧器。本发明实现了水泥生产与二氧化碳捕集的耦合设计，可捕获较高浓度的二氧化碳，无需对捕获的气体进行分离，既减小了投入成本，又降低了能耗。