本发明公开了一种钢轨几何面型的检测系统及其检测方法，该检测系统包括控制模块和角度探测模块，角度探测模块的激光光源出射的准直光束经分光单元分束为传播方向不同的第一光束和第二光束；角度探测模块的顶面探测单元包括沿第一方向依次设置的第一探测器、第一立体偏振分光镜、第一透镜和所述第一1/4波片，角度探测模块的内侧面探测单元包括沿第二方向依次设置的第二探测器、第二立体偏振分光镜第二透镜和第二1/4波片；第二光束经顶面探测单元调光后照射在钢轨的顶面；第一光束经内侧面探测单元调光后照射在钢轨的内侧面。通过检测钢轨顶面和内侧面的平面角度变化，实现钢轨的面型检测，具有响应速度快、数据处理简单、测量精度高等特点。