本发明公开了一种基于光学时间拉伸的穆勒矩阵测量系统及方法，系统包括宽带脉冲光源、时间拉伸模块、光谱调制模块以及采样模块；所述时间拉伸模块包括滤波器、色散模块以及放大器；所述光谱调制模块包括偏振生成模块以及偏振分析模块；所述采样模块包括光电探测器以及实时采样模块；所述偏振生成模块包括起偏器以及多块波片，用于生成特定的偏振态；所述偏振分析模块包括检偏器以及多块波片，用于对经过样品后的光束偏振态进行解析。本发明将光学时间拉伸技术用于穆勒矩阵测量，测量速度可达到100MHz量级，单次穆勒矩阵测量时间提高到10ns量级，从而克服现有技术中穆勒矩阵测量实时性较差，测量速度较慢的问题。