本发明提供一种基于光学镜头的大动态范围辐射测温系统及测温方法，用于解决现有的辐射测温仪无法满足大动态范围测温需求的技术问题。该测温系统包括光学镜头、分光单元、采集单元及计算单元；光学镜头用于接收目标物辐射的光信号；分光单元位于光学镜头的后方，包括沿光学镜头的收光光路依次排列的n‑1片分光片，n≥2，n‑1片分光片用于将光学镜头接收的光信号分为n路；采集单元包括m个光电探测器，n≥m≥2；所述光电探测器位于光学镜头的像点处或分光片的反射光路上，用于将接收到的光信号转换为电信号；计算单元分别与每个光电探测器连接，用于接收每个光电探测器传输的电信号，并在计算后获取目标物的温度值。