本实用新型提供了一种CO2热泵空调系统及车辆，本实用新型的CO2热泵空调系统包括制冷剂回路和电池换热回路，制冷剂回路包括通过制冷剂管路连接的压缩机、室外换热器、室内换热器和CO2气液分离器，电池换热回路包括通过换热管路连接的散热器、换热泵和电池，其中，室内换热器包括串连设置的内部换热器和蒸发器，制冷剂回路和电池换热回路之间设有用于两者之间热量交换的换热器。本实用新型的CO2热泵空调系统，不仅可实现给电池的加热，还能给电池制冷，同时还可实现乘员舱热管理及电池热管理，并且通过优化的架构，使得空调系统在结构上更为简单、成本较低，且能够简化整车搭载布置，并具有较高的集成度，利于管路的连接，从而有着很好的使用效果。