本发明涉及微纳操控平台的激光检测技术领域，公开了一种微纳操控平台三自由度的测量系统，微纳操控平台包括平台底座和位移平台，该测量系统包括：位于第一轴线上的第一激光干涉仪和第二激光干涉仪，以及设在位移平台上构造成十字形的光学组件，该光学组件包括第一直角镜片部分和第二直角镜片部分；还包括图像传感器以及设置在经第一直角镜片部分反射后的出射光线的光路上的分光镜，经分光镜反射的分光光路与所述图像传感器的感光面垂直。本发明还提供了一种微纳操控平台三自由度的测量方法。本发明提供的测量系统及其测量方法能够实现空间三自由度的测量且测量精度高。