本实用新型提供一种长程光学表面面形检测系统，包括移动光学头和f-θ角度检测系统，所述移动光学头包括尾纤以及形成等效五棱镜的分束镜和凹面镜，其中，所述移动光学头设置为通过所述尾纤将输入的光束出射，以使所述光束透过所述分束镜后入射到待测光学器件的表面上，再经所述待测光学器件的表面反射回所述分束镜，并通过所述分束镜将部分反射回的所述光束反射到所述凹面镜，并通过所述凹面镜沿垂直于所述待测光学器件表面对应测量点的法线的方向反射至所述f-θ角度检测系统，以在所述f-θ角度检测系统中形成测量光斑。本实用新型减少了引入误差的反射、透射光学器件的数目，并减少了测量不同角度时测量光束横移引入的系统误差，提高了测量精度。