本发明公开了一种用于测量残余应力的激光超声检测系统及方法，系统包括用于超声信号存储处理的计算机、用于激励声表面波的第一脉冲激光器、第二脉冲激光器、用于调整第一脉冲激光器和第二脉冲激光器光斑位置的二维移动平台、用于表面波信号接收的测振仪、用于激光光斑位置调整的振镜、双准直透镜以及标定实验机，方法是通过拟合波速与应力的曲线获得波速与应力的关系方程，进而通过波速获得待测工件的应力。能够解决远距离检测时表面波飞行时间无法精准测量的问题，极大提高了远距离残余应力检测的精准度，对保障工业设备尤其是核电站大型设备的安全运行具有重要意义。