本发明涉及一种大视场凝视式光谱成像系统及其成像方法。它的前置物镜和分光成像系统分别采用折射和反/衍射混合的光学结构；前置物镜采用分层次和分孔径相结合，先获取超大视场内具有均匀成像性能的两维中间像，再经多孔径分视场和进一步精细校正像差后，将得到的多视场、高性能、全波段的空间像作为后续分光成像系统的目标物，经分光成像系统色散分光和聚焦成像后，各孔径通道得到对应视场内的光谱图像，经融合拼接，获得全视场的光谱图像。本发明解决了采用传统的推扫方式获取光谱像而产生的时间不一致的问题，具有视场大、结构紧凑、光谱像质量好、集光本领强、光谱分辨率高等优点，适用于航空、航天高光谱遥感成像。