本发明公开了一种基于水源热泵梯级增热的污泥低温干化系统及方法，属于污泥干化的技术领域，污泥低温干化系统包括低温带式干化机、干化余热回收单元、水源热泵梯级增热单元以及热气回收单元；低温带式干化机与干化余热回收单元通过送冷却回风管路相连接，水源热泵梯级增热单元与干化余热回收单元通过余热回收循环管路相连接，水源热泵梯级增热单元与污水池水路相连接；干化余热回收单元包括水‑空气回热器、水‑空气加热器、循环风机以及加热送风管路；低温带式干化机、水‑空气加热器、水‑空气回热器、加热送风管路、冷却回风管与水源热泵梯级增热单元共同构成循环回路。本发明具有降低现有污泥干化过程中的碳排放和能源消耗的效果。