本发明涉及一种全场X射线成像系统及成像方法，其中所述系统包括：X射线光源；铅准直器，其对所述X射线光源输出的X射线进行限束以输出X射线锥束；设置在所述铅准直器输出侧的用于放置样品的样品台；X射线成像探测器，其探测从所述样品透射出的X射线，并获得一组X射线显微CT投影数据；X射线成像光谱仪，其探测所述样品激发出的特征X射线荧光，并获得一组X射线荧光CT投影数据；以及与所述X射线成像探测器和所述X射线成像光谱仪连接的数据处理装置。采用本发明可以同时实现X射线荧光CT与显微CT全场成像，获得样品中元素三维分布及内部结构信息。