本发明公开了一种读数头和二维位移测量系统及测量方法。读数头包括第一偏振元件、第一光学元件、第一分光元件、第一信号接收元件、第二偏振元件、第二光学元件、第二分光元件以及第二信号接收元件。入射光经过第一分光元件后分成反射光和透射光。反射光的至少一部分经一维测量光栅衍射产生正一级衍射光和负一级衍射光，该正一级衍射光和负一级衍射光分别经过第一偏振元件和第二偏振元件后形成偏振态光后再次经过一维测量光栅衍射后在第二分光元件与该透射光在经过第二分光元件后产生的透射的第一偏振分量和反射的第二偏振分量发生干涉，并分别由第一信号接收元件和第二信号接收元件接收。本发明具有结构简单、装调容差较大以及易于工业场景实现的技术效果。