本发明提供一种农业面源污染在线监测与自动取样系统，属于环境科学和农田生态学研究设备领域。该系统包括：用于监测雨量及降雨过程的雨量自动监测子系统；用于监测汇集到梯形堰中的农业面源污染径流的流量自动监测子系统；用于从所述梯形堰中获取农业面源污染径流的水样的在线取样子系统；用于监测所述梯形堰中的农业面源污染径流的预设面源污染指标的面源污染指标在线监测子系统；用于从相连的子系统获取数据并对获取到的数据进行处理与存储的系统控制与数据处理子系统；与所述系统控制与数据处理子系统相连、用于为上述各个子系统供电的太阳能供电子系统。本发明的技术方案能够对农业面源污染负荷及其产生过程进行自动取样与监测。