本发明公开一种火车车轴轮座直径非接触式测量系统及其测量方法，属于测量技术领域。该测量系统包括车床、激光测距传感器及其微调装置、数据采集卡、主控制器及显示器、继电器以及电缆电源、信号通讯模块、驱动控制模块、数据采集与处理模块。系统对C6180型车床进行改装，在车床横向溜板上装上一台高精度激光测距传感器。根据激光测距传感器到车床轴线距离不变的原理，实现对车床上大型轴类零件相应位置外径的准确测量。通过对两根标准量棒的测量，对可能影响测量结果的激光线偏角α进行了标定，消除了偏角α产生的误差，能够满足较高精度的测量要求。