本发明涉及自由曲面离轴三反光学系统，包括：一主反射镜，从物出发的光线在主反射镜上发生反射形成一第一反射光束；一次反射镜，所述第一反射光束照射到次反射镜上并发生反射形成一第二反射光束；一第三反射镜，该第二反射光束穿过主反射镜的入射光束后，照射到第三反射镜上并发生反射形成一第三反射光束；一孔径光阑，该孔径光阑设置在所述次反射镜上；以及一像面，所述第三反射光束穿过主反射镜的入射光束，且不穿过所述第二反射光束，最终到达像面成像，其中，所述像面和主反射镜分别位于所述第二反射光束的两侧。所述主反射镜，次反射镜以及第三反射镜的反射面均为自由曲面。