Le système selon l'invention permet, pour le stockage souterrain de colis de déchets, de ne construire qu'une seule galerie à section constante et à accès unique comprenant à la fois un alvéole de stockage (1A) et un sas de chargement (1B). Le système comprend principalement un portique (10) posé sur le sol du sas (1B) et porteur d'un palonnier de manipulation saisissant le colis (2) placé à mi-hauteur de la pile à constituer. Il comprend également un chariot de transport (3) roulant sur des rails constitués entre autre d'une monovoie (20A), d'un aiguillage (20) permettant la sélection de la file de stockage, tous deux placés dans le sas (1B) et au moins de deux voies (20B) placées dans l'alvéole (1A), de l'autre côté d'une porte de radio-protection (30) de largeur du colis. Application au stockage de colis de déchets nucléaires ou matériaux dangereux et/ou fragiles.