本发明公开了一种基于波前聚焦的梯度折射率透镜显微成像系统及方法，其中，该系统包括：光照模块、LCOS器件、4F系统、激发镜组、样本、检测镜组、相机和控制器；光照模块，用于提供激光光照；LCOS器件设置在激光光照的傅里叶面，用于调制激光光照的相位；4F系统，用于调整激光光照的光束尺寸，匹配后级物镜的前焦面大小；激发镜组，用于产生在样本面聚焦的点状光照；检测镜组，用于采集点状光照的点扩散函数图像；控制器，用于同时控制LCOS器件的相位图样变化和相机的点扩散函数图像采集，以实现实时反馈和遗传算法优化。该系统提升基于GRINlens成像系统的光效率和空间分辨率，并消除系统中的误差和光学像差。