本发明提供了一种海藻热解制油系统及其方法,包括热解装置、油气分离器、储油装置、气体净化装置、气化装置、旋风分离装置和水热装置;热解装置的上端与油气分离器连接,油气分离器上端通过气体净化装置与气化装置连接,油气分离器下端与储油装置连接;热解装置的下端与气化装置连接;气化装置通过旋风分离器与水热装置连接。热解装置热解产生的不凝气可作为气化反应的气化剂,热解产生的半焦作为气化原料;气化产生的还原性气体参与水热反应可提高水热液化过程产油效率。本发明不仅有效利用了海藻热解过程中的副产物,且提高了水热液化的生物油的油品及产率,同时系统能源利用效率高。