本发明涉及一种两段式膜工艺饮用水深度处理工艺及系统。工艺包括：第一通过强化混凝作用使原水中颗粒物和部分有机物分子形成矾花沉淀；第二通过生物膜的生化作用去除水中的氨氮、硝酸盐氮和可生化有机碳；第三通过过滤作用去除水中悬浮颗粒物和大分子；第四通过纳滤截留作用去除水中微量有机物和微生物。系统包括：强化混凝MBR预处理工作段、NF过滤净化工作段，其中，所述各工作段有水道连接。本发明工艺能够有效地去除水浊度、有机物、微量污染物；本发明系统流程短，占地面积小，出水水质优良且运行稳定，可以用于常规净水工艺的升级改造，具有很高的实用性。