本发明提供一种样品全表面三维显微成像系统及方法，涉及医学样品检测仪器技术领域。本系统利用样品形态测量模块测绘待测样品的表面形态，建立三维模型，对三维模型进行网格化，求取每个网格单元中心坐标和法向量，并生成机械扫描命令，利用全方位三维机械扫描模块定点法向移动显微成像模块，使其对每个网格单元内不同高度的样品表面进行显微成像。三维图像重建算法通过连接所有焦平面内的清晰图像，生成样品全表面显微图像。图像评估和反馈系统利用机器学习评估样品表面的高风险或特异区域，由用户决定对局部进行更高精度的显微成像。样品吸附模块包括吸附机构和旋转机构，实现对待测样品的固定和翻转。