本发明公开了一种卫星导航与惯性测量组合轨道测量系统与方法，系统包括测量单元和数据后处理单元，测量单元包括两个卫星导航与惯性测量组合轨道测量设备，两设备放在两根单轨上，牵引设备牵引卫星导航与惯性测量组合系统，实时在线测量和记录双轨几何状态和设备运行状态的原始数据，并将其通过数据后处理单元离线处理。方法包括对原始测量数据预处理，建立方向里程测量曲线和理想曲线，计算轨向绝对和相对不平顺，建立倾斜角里程测量曲线和倾斜角理想曲线，计算高低绝对和相对不平顺。本发明通过采用在线数据采集，离线数据处理模式和双轨平行测量模式，确定轨道外部几何信息和内部几何不平顺。