本申请提供一种硅片平坦度检测装置及硅片厚度分选系统，其中的硅片平坦度检测装置包括框架组件，在框架组件中安装直线模组、工作台、硅片固定座和转动部，硅片设置在转动部上。通过直线模组能够带动工作台、硅片固定座和转动部沿着直线运动，通过转动部能够带动硅片转动，因此当需要对硅片平坦度进行检测时，控制硅片沿着直线方向移动的同时进行转动，配合传感器组件中的激光位移传感器对硅片表面的平坦度进行检测即可。本申请的上述技术方案结构紧凑，激光位移传感器可快速准确地实现硅片表面的平坦度测量，能同时满足抛光后硅片亚纳米级平坦度检测的要求。