本发明涉及工业废水处理技术领域，公开了一种煤化工废水深度处理的方法和系统，该方法包括以下步骤：(1)将经生化处理后的煤化工废水依次进行混凝、絮凝和沉淀处理；(2)将得到的第一废水依次输送至前臭氧氧化装置和MBR反应器中进行处理，将得到的废水a按0～60％的回流比输送至后臭氧氧化装置中进行处理，接着返回至MBR反应器中；或，将第一废水依次输送至前臭氧氧化装置、后臭氧氧化装置和MBR反应器中进行处理；(3)将来自MBR反应器的废水输送至超滤装置中进行处理。本发明提供的方法，能够有效去除废水中的难降解溶解性有机物和非溶解性有机物，从而有效减少了RO膜污染问题，同时运行成本低，经济性好。