本发明公开了一种海上高含CO2天然气回注系统。所述海上高含CO2天然气回注系统包括压缩机撬和脱水干燥撬，压缩机撬包括多级压缩机，脱水干燥撬设于末端相连的两级压缩机之间；所述压缩机撬包括三级压缩机，脱水干燥撬布置于二级压缩机和三级压缩机之间。本发明实现将高含CO2天然气回注地层的某一层位封存或驱油，减少了海上CO2排放，减缓了温室效应；如CO2回注后可用于驱油，则可增加油气田采收率；对高含CO2气体进行脱水处理，可以防止高压气体回注过程中发生冻堵及腐蚀；压缩机采用多级压缩、级间引气的方式，可以大幅节省海上设备占地面积，解决了海上高含CO2天然气回注工艺技术问题。