本发明属于海水淡化技术领域，涉及一种变负荷反渗透海水淡化系统，包括控制器、变频器、高压泵和RO膜组，变频器用于调节高压泵的电机转速，以调节反渗透膜组件的进水流量，其特征在于，RO膜组的反渗透浓盐水管路分为两个支路，一支路为浓盐水排放管路，另一支路为浓盐水回流管路，在浓盐水排放管路上设有排放阀，在浓盐水回流管路上设有回流阀和增压泵；控制器在发电系统的输出功率低于高压泵的运行功率且发生波动时，通过对浓盐水回流管路上的回流阀的控制，将部分RO浓盐水通过增压泵补充到RO膜组进水管路，使RO膜组进水流量保持不变。本发明同时提供一种上述系统实现的海水淡化方法。本发明具有适用范围广、运行稳定、效率高的优点。