本发明公开了一种海上边际油田开发系统，包括直立固定在海床上的自升式生产平台、设置在海底的水下储油装置、穿梭油轮、输油管线以及原油外输管线；所述输油管线连接在所述水下储油装置和所述自升式生产平台之间，用于输送原油；所述原油外输管线用于连接在所述自升式生产平台和所述穿梭油轮之间，将原油从所述自升式生产平台输送至所述穿梭油轮。本发明以自升式生产平台、水下储油装置及穿梭油轮配合，实现原油的存储和外输，替代现有采用费用昂贵的FPSO船及配套的单点系泊系统，大幅度降低海上油田开发生产成本，提高海上边际油田的开发经济性。