本发明属于热误差补偿相关技术领域，其公开了提供了一种机床主轴热误差实时补偿方法及系统，方法包括：S1：获取机床主轴的温度数据及对应的热变形数据；S2：基于温度数据获得温升数据，将温升数据作为输入，并将对应的热变形数据作为输出对热误差补偿模型进行训练；S3：基于加工参数获得模拟温升数据，将模拟温升数据作为输入输入训练完成的热误差补偿模型获得模拟热变形数据；S4：采用模拟温升数据和模拟热变形数据进行拟合获得代理模型的参数，获得参数确定的代理模型；S5：根据参数确定的代理模型和机床主轴的实时温度获得热误差预测值，采用热误差预测值对机床主轴热误差实时补偿。本申请可以实现轴系热误差的毫秒级补偿。