本发明涉及一种基于膜分离强化的集成式生物质/有机固废转化制合成燃料系统及方法，主要由透氧膜组件、热解气化膜反应器、以及脱水催化膜反应器三部分组成。可将生物质或有机固废热解气化，再经合成气转化制备合成燃料。透氧膜组件可从空气中分离捕集得到热解气化所需的高纯度氧气，而热解气化膜反应器可进行生物质/有机固废热解气化并催化重整脱焦得到高品质合成气，脱水催化膜反应器可进一步将合成气定向转化为合成燃料。热解气化膜反应器耦合多孔碳化硅膜和整体式催化剂，具有热解气化、粗燃气净化和重整脱焦一体化功能；脱水催化膜反应器耦合加氢催化剂和脱水分子筛膜，可一步实现加氢反应和副产物水原位移除，提升反应效率和产物收率。