本发明提出一种生物化学耦合制备聚乳酸的系统和工艺，包括：乳酸合成单元、乳酸纯化单元、丙交酯合成单元和丙交酯聚合单元；乳酸合成单元用于将氧气、甲烷原料气、营养物质和缓冲剂混合，进行有氧发酵，发酵产物进行气液分离和固液分离，得到粗乳酸溶液、固体生物质和废气；乳酸纯化单元用于对乳酸合成单元得到的粗乳酸溶液进行提纯，得到符合纯度要求的乳酸溶液；丙交酯合成单元用于将乳酸纯化单元得到的乳酸溶液在氮气环境中进行合成反应，得到丙交酯；丙交酯聚合单元用于将丙交酯合成单元得到的丙交酯在催化剂存在下进行聚合反应，得到聚乳酸。本发明缓解了乳酸与食品之间的竞争，稳定高能甲烷，实现了从低成本甲烷到高品质聚乳酸的制备。