本发明公开了一种微小型中波红外连续变焦光学系统，沿光轴方向从物方到像方依次包括变焦物镜组和二次成像后组；所述变焦物镜组包括共光轴的前固定组、变倍组、补偿组；变倍组、补偿组沿光轴方向发生轴向移动变焦；二次成像后组包括共光轴的第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜；当变倍组与补偿组相距最远时，光学系统处于短焦；当变倍组与补偿组相距最近时，光学系统处于长焦；来自物方的光束经过变焦物镜组，会聚在补偿组与第一后组透镜之间；第一后组透镜、第二后组透镜和第三后组透镜将变焦物镜组所成的像最终成像在探测器靶面上。本发明采用直线型结构形式，有效地缩减了镜头长度、宽度方向尺寸，实现镜头的微小型设计。