本发明公开了一种眼球追踪光学系统及头戴式设备。其中，眼球追踪光学系统包括光源模块、目镜模块、第一光路控制模块、第二光路控制模块和图像采集模块，光源模块置于目镜模块边缘，光源模块用于发射预设波长的光线至用户眼球，预设波长的光线经用户眼球反射后形成反射光线，沿反射光线的传播方向，第一光路控制模块和第二光路控制模块依次设置在目镜模块远离用户眼球的一侧，且第一光路控制模块和第二光路控制模块与目镜模块的光轴成预设夹角，反射光线在第一光路控制模块和第二光路控制模块之间至少反射两次后入射至所述图像采集模块。本发明提供的眼球追踪光学系统及头戴式设备，减小了产品体积。