本发明公开了属于静电测量技术领域，特别涉及一种温度梯度下不规则材料表面的电场测试系统及方法，该系统包括：直流‑温度梯度下表面电荷测量系统和数据存储及处理装置；直流‑温度梯度下表面电荷测量系统包括密闭试验腔体、高压电源系统、绝缘装置、油冷却循环装置、升温装置、电荷测量装置及抽充气装置；数据存储及处理装置包括反演装置和表面电荷感应电场计算系统，能够对采集的电位数据存储、补偿修正以及计算试样表面电场分布。缓解因操纵机构时延导致电荷消散对试验数据的影响，有效解决因材料电导率与温度有关，当材料体中由于温度梯度存在不均匀电导率时，电极注入或杂质电离而产生的空间电荷时，电场计算困难的问题。