本发明公开一种两级水热液化余热利用系统及方法，系统包括热水解反应单元、水热液化反应单元和余热回收单元，其中：热水解反应单元包括依次连接的预热罐、热水解罐、闪蒸罐、固液分离器和废水储罐，闪蒸罐的蒸汽出口连接至预热罐；水热液化反应单元包括依次连接的混合罐、水热液化罐和产物分离器；余热回收单元包括浆料换热器、水冷换热器、热电换热器，浆料换热器设于预热罐与热水解罐之间；水冷换热器设于闪蒸罐与固液分离器之间；热电换热器设于水热液化罐与浆料换热器之间，热电换热器与有机朗肯循环发电装置耦合。本发明用于对两级水解液化工艺进行优化，可以更高效回收两级水解液化工艺中的余热，提高能源利用率。