本发明公开了一种转子空间弯曲轴线测试系统及其测试方法，该系统包括电机、计算机、NI数据采集器、转速检测装置、电涡流位移传感器等，通过在转子的键槽上设置键相信号点，在转子的各测试面周向外侧水平和垂直位置设置两个电涡流位移传感器，获取转子测试面的水平和垂直方向的位移量，转速检测装置用于检测转子的速度，将电涡流位移传感器以及转速检测装置测得的信号接入NI数据采集器并发送至计算机进行处理，合成轴心轨迹及初始相位点，得到各测试面相对于旋转中心的弯曲向量，然后根据弯曲向量获取转子空间弯曲函数，最后得到弯曲转子的三维实体模型。应用该方法进行测试具有很好的可靠性。