本发明涉及有机废水处理及能源回收技术，提供一种一体化有机废水处理及能源回收系统，包括电催化氧化装置、水气分离装置、燃料电池、液体输送泵和废水储存装置。电催化氧化装置对由液体输送泵传送的有机废水进行电催化氧化处理，其产生的水气混合物进入水气分离装置；水气分离后的气体进入燃料电池，通过发生反应得到去除，分离后的液体外排或储存。本发明实现了有机废水的处理与能量的回收利用，电催化氧化装置可以处理各种污染程度的有机废水，特别适合处理高浓度有毒有害的废水；由于耦合了燃料电池装置，将电催化氧化过程中由电能产生的化学能在燃料电池装置中重新变成了电能，实现了化学能资源的回收再利用。