本发明公开了一种用于大型构件机器人焊接的柔性装夹系统及装夹方法，系统包括第一可移动式横梁、第二可移动式横梁、两条平行设置的地轨、装夹平台、球头夹具、驱动机构、可拆卸式压紧横梁和/或可拆卸式压紧纵梁；第一可移动式横梁、第二可移动式横梁的两端通过滑块分别与地轨相连；第一可移动式横梁、第二可移动式横梁设有驱动机构；可拆卸式压紧横梁平行设置在第一可移动式横梁和第二可移动式横梁之间；可拆卸式压紧纵梁垂直设置在第一可移动式横梁和第二可移动式横梁之间；第一可移动式横梁、第二可移动式横梁、可拆卸式压紧横梁、可拆卸式压紧纵梁均设有多个夹具支架；夹具支架上设有球头夹具。系统装夹方法可实现多种装夹模式，通用性好。