本发明属于油气冷凝分离及余热回收利用技术领域，尤其是一种油气冷凝分离及余热回收利用系统及工作方法，包括第一级冷凝器、第二级冷凝器、第三级冷凝器、第一水箱、第二水箱、重油储罐、轻油储罐，第一级冷凝器与第一水箱形成冷却水循环，第二水箱、第三级冷凝器、第二级冷凝器、第一水箱形成冷却水循环，第一级冷凝器连接重油储罐，第二级冷凝器和第三级冷凝器连接轻油储罐。本发明中，第一级冷凝器的冷却介质采用85～95℃的热水，保证第一级冷凝器油气出口温度在140～150℃，第二三级冷凝器的冷却介质采用常温冷水。通过选用不同的冷却介质，保证第一级冷凝器中只有重油冷凝下来，实现重油和轻油的分离，还可充分利用高温油管道的余热，对外供热水。