本发明公开了一种放射性高油废水处理系统，包括依次连通的废水收集箱、隔油机构、超滤膜组件、吸附机构和膜处理机构；所述隔油机构出口管路上和吸附机构的出口管路上分别设置Ⅰ号油量测量仪和Ⅱ号油量测量仪；所述膜处理机构的出口管路处设置放射性监测仪，且放射性监测仪与吸附机构的进口之间还通过回流管路连通接。本发明运用吸附、膜分离技术与膜蒸馏技术有目标针对性的去除放射性高油废水中的油，悬浮物及放射性核素，使废水达标解控，排水达到国家标准。本发明对放射性活度浓度不大于107Bq/L的放射性高油废水经处理后总α放射性不大于1Bq/L，总β放射性不大于10Bq/L可就地排放，出水达可以到国家排放标准。