一种跨临界二氧化碳制冷系统,包括一体式膨胀‑压缩机,压缩机第一个气缸的排气口与第二个并行气缸的排气口为同一个排气口,此排气口与气体冷却器的入口相连接;压缩机第一个气缸的进气口与蒸发器的出口相连接,压缩机第二个气缸的进气口与气液分离器的气体侧出口相连接;膨胀机的入口与气体冷却器的出口相连接,膨胀机出口的制冷剂经过电子膨胀阀的节流后与气液分离器的入口相连接;气液分离器液体侧出口流出的制冷剂经过电子膨胀阀的节流后与蒸发器的入口相连接;本发明通过采用一体式膨胀‑压缩机、双缸同时压缩以及一次膨胀两次节流的方式,可以使跨临界二氧化碳制冷系统的制冷性能得到提高。