本发明提供一种加热炉高温烟气余热利用系统及方法，在加热炉烟道上增设重力除尘器、过热蒸汽发生装置、燃烧器、余热锅炉，并外连汽轮发电机。高温烟气与进入过热蒸汽发生装置的加热炉汽包的饱和蒸汽换热，产生过热蒸汽作为发电补汽；降温后的烟气再与空气、煤气换热；待轧时间短，余热锅炉烟气与汽包饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽作为发动主蒸汽；待轧时间长，燃烧器产生的高温烟气与余热锅炉饱和蒸汽换热，生成过热蒸汽进行发电。本发明解决了加热炉待轧时存在的烟气量不足问题，不仅可提高热能综合利用效率，大幅降低加热炉排烟温度；而且能够减少煤气放散，有利于节省能源和环境保护。