本发明公开一种CO₂热泵与太阳能互补运行集中供热系统，该系统由太阳能热水子系统、CO₂热泵子系统、蓄热装置、供热和回水子系统以及控制系统组成，采用1台或多台并联运行的CO₂热泵、一组或多组串联而成的太阳能集热器并联运行；1台或多台CO₂热泵与蓄热装置中的高温区及中温区组成循环系统，CO₂热泵给水由冷水箱供给、1组或多组太阳能集热器与蓄热装置中温区组成循环系统，给水采用混水调节阀实施给水温度控制，回水采用时段或温度控制，回水回至中温区设置的膨胀区。本发明提高了太阳能的利用率、合理运行CO₂热泵达到使用效率最大化、降低能源使用量，从而提高系统效率和能源利用率。