本发明提供了一种利用LNG冷能生产液氧、液氮和液氩的空分系统及方法，其LNG冷箱单元为主换热器冷箱单元和主塔冷箱单元提供LNG冷能，实现对空气和氮气的冷却液化；主换热器冷箱单元对低压纯化空气和压力氮气进行冷却，将低压纯化空气送至主塔进行精馏提纯，在塔底获得液氧，塔顶及主冷凝器获得氮气，塔中获得氩馏分，氩馏分送至氩提取部进行脱氧、脱氮和精馏，获得液氩；循环氮气和液氮在LNG冷箱单元、主换热器冷箱单元和主塔冷箱单元之间循环传输，以传递LNG的冷能，同时得到部分液氮产品。该系统及方法采用单塔精馏，充分利用LNG冷能生产氧、氮及氩产品，取消了常规精馏下塔、增加了主冷凝器，投资更省，操作维护更简单，能耗低、安全性高。