本发明公开了一种基于同轴时域分辨光声成像的检测系统，该系统包括主控制器、扫描头部、三维电动平台和辅助部件。本发明的有益效果是，采用同轴激光发射兼超声接收光路，实现了光学焦点与声学焦点的重合以及同顶点的激发立体角激发和接收立体角接收，可减少测量误差；以血管内血流光声回波为空间分析基准，采用时域分辨光声回波信号分析，可分析出同一时刻主轴路径上穿过的血流、血管内部组织、血管壁各分层物质对应的光声回波信号，可实现光声对血管的外部形貌及内部组织形态分布的同时探测。