本发明公开了一种大落差密相二氧化碳管道压力保护系统与方法，所述系统包括干线输送系统、超压保护与泄放系统以及仪表监测系统。本发明基于二氧化碳相态特征、低点截断阀关断工况和大落差管道静水压头等客观条件，针对大落差密相二氧化碳管道在低点关断时可能引起的阀门上游惯性与充装水击致升压、关断介质热膨胀致升压和阀门下游弥合水击致升压等多种超压场景，从超压工况识别、超压工况控制和高效泄压等角度出发，分别设置干线输送系统、超压保护与泄放系统、管道计划性泄放系统、仪表监测系统等，重点解决了低点截断阀关断下的上游水击超压、下游弥合水击超压、干线热膨胀超压、管道检修计划性泄放等问题。