本发明公开了一种片上磁通梯度检测传感系统及其检测方法，属于检测传感技术领域。包括以下步骤：通过信号输入输出模块接收信号，信号通过耦合模块进入波导线模块，通过耦合模块控制输入输出模块与波导线模块的信号、能量交换；所述波导线模块的输出端连接量子磁通干涉仪，在波导线模块与量子磁通干涉仪构成高频谐振器，所述量子磁通干涉仪通过导线连接直流偏置模块，所述直流偏置模块与所述量子磁通干涉仪平行放置，通过直流偏置模块改变量子磁通干涉仪磁通，获取对应的谐振频率响应数据；获取谐振频率响应数据，拟合测量得到谐振频率响应变化，获取磁场分布和梯度变化。本发明利用两个超导量子干涉仪串联，实现两个超导环内磁通的差分检测。