一种基于柱面镜的共形光学系统及其设计方法，属于光学成像技术领域。次反射镜、主反射镜、两个柱面镜以及像面沿光的传输方向依次并列固定设置在镜筒的内部，镜筒外罩装有共形整流罩，主反射镜的中部设有通光孔，两个柱面镜分别为柱面镜一和柱面镜二，柱面镜一的母线平行于X轴设置，柱面镜二的母线平行于Y轴设置。本发明柱面镜一母线平行于X轴设置，校正子午面像差，柱面镜二母线平行于Y轴设置，校正弧矢面像差，通过改变柱面镜一和柱面镜二的间距，平衡共形整流罩动态变化的像差；同时可应用于精确制导武器共形导引头光学系统中，改善共形光学系统成像质量，提高武器光学目标探测性能。