本发明公开了一种单向阀内部动作可视化测试系统，用于对单向阀进行可视化测试，可视化结构改进后的单向阀包括采用透光材料的单向阀壳体、阀芯和设置于阀芯上的示踪杆；测试系统包括：介质供给子系统：实现单向阀入口压力和流经单向阀的气体流量的调节；激光测振子系统：获取不同工况下示踪杆的振动信息，进而得到阀芯的振动状态；高速摄像子系统：获取不同工况下阀芯的内部动作，进而得到阀芯开度信息；测控子系统：获取不同工况下单向阀入口和出口的压力值及流经单向阀的气体流量值。本发明还公开了一种基于上述测试系统实现的测试方法。本发明可将单向阀阀芯的运动状态转化具体参数，实现阀芯的运动状态的有效监测。