本发明属于化工技术领域，涉及一种用于掺氢天然气的膜分离与电化学氢泵耦合提氢和CO2加氢制甲酸系统及方法。使用两级H2膜分离技术从掺氢天然气中回收并提浓H2，通过电化学氢泵H2分离装置高效制取燃料电池汽车用高纯H2，并调节脱氢尾气的氢碳比；利用H2分离膜和CO2分离膜以“一级两段”的方式获取富H2和富CO2气流，同时回收脱氢尾气中的CH4。富H2和富CO2气流分别进入电化学氢泵CO2加氢装置的阳极和阴极，在外加电压作用下制取甲酸。本发明可以高效低耗实现掺氢天然气的H2回收、H2/CO2分离与CO2高效加氢资源化，在制取燃料电池汽车用高纯H2的同时实现CO2资源化利用，具有显著的经济和环境效益。