本发明涉及一种利用木糖母液联产木糖醇和焦糖色素的系统，包括通过管路依次连通的原料罐、过滤器、纳滤膜装置、第一离子交换装置、色谱分离装置、精制氢化组件和褐变反应组件，色谱分离装置用于将流经的木糖母液分离出木糖组分含量高的提取液和木糖组分含量低的提余液，精制氢化组件用于将提取液精制氢化处理以制备晶体木糖醇，褐变反应组件用于提余液进行褐变反应处理以制备焦糖色素。本发明还公开一种使用该系统进行利用木糖母液联产木糖醇和焦糖色素的方法。本发明采用木糖母液经提纯结晶木糖后再制备木糖醇及离心后木糖色谱分离提余液制备焦糖色素，提高了木糖母液的利用价值。