本发明提供一种基于自由曲面的稀疏孔径两反光学成像系统。该稀疏孔径两反光学成像系统包括沿系统光轴自左向右依次设置的次反射镜和主反射镜，该光学成像系统的焦面位于主反射镜的右方。主反射镜为自由曲面反射镜，次反射镜为双曲面反射镜；主反射镜为稀疏孔径结构，由多个分散的子反射镜构成。本发明具有共光轴以及较大视场角的特点，适用于成像光谱仪等空间遥感领域。