本发明提供一种基于时间扩展架构的厘米级超宽带探地雷达系统，包括：射频子系统、主控子系统和上位机子系统，主控子系统分别与射频子系统和上位机子系统相连；射频子系统包括信号发生模块、信号发射模块、信号接收模块和天线模块，信号发生模块分别与信号发射模块和信号接收模块相连，天线模块分别与信号发射模块和信号接收模块相连，信号接收模块与主控子系统相连；信号发射模块包括功率分配器、延迟线、第一放大器、第二放大器、第一高斯脉冲整形电路、第二高斯脉冲整形电路和射频变压器；信号接收模块包括第三放大器、第三高斯脉冲整形电路和混频器。本发明提出的厘米级超宽带探地雷达系统，能够有效地简化系统结构，降低系统的复杂度和成本。