本发明提供一种测量CO2在地层水中溶解度、扩散系数及地层水密度的装置系统及方法，所述装置系统包括依次连接的CO2供应单元、CO2扩散单元和压力采集单元；所述CO2扩散单元包括恒温箱和设置于所述恒温箱内部且相互并联的中间容器与溶解管；所述中间容器用于暂存来自于CO2供应单元的CO2；所述溶解管用于模拟CO2在地层水中的溶解扩散过程；所述压力采集单元用于实时监测并记录溶解管中的压力值。利用本发明提供的装置系统进行测量CO2在地层水中溶解度、扩散系数及地层水密度，提升了测量精度的同时简化了操作流程，提高了测量效率，有利于大规模推广应用。