본 발명은 광학 센서를 이용하여 수중에 존재하는 유기물 오염 농도를 측정하는 수질 오염 측정 시스템에 관한 것이다. 광학 센서를 이용한 수질 오염 측정 시스템은, 수질을 측정하고자 하는 시료가 위치하는 시료부; 시료부를 향하여 빛을 조사하는 광원부; 광원부로부터 시료부로 빛을 가이드하는 제1 광섬유; 제1 광섬유와 시료부를 연결하고, 제1 광섬유를 통해 가이드된 빛을 집광시키는 집광렌즈를 구비하며, 집광된 빛을 시료부로 출력시키는 광출력부; 시료부에 결합되고, 시료부를 통과한 빛을 집광시키는 집광렌즈를 구비하는 제1 광입력부; 제1 광입력부에 결합되어 제1 광입력부에서 집광된 빛을 입력받아 가이드하는 제2 광섬유; 제2 광섬유를 통해 가이드된 빛의 데이터를 수집하는 검출부; 및 검출부에 수집된 데이터로부터 시료의 수질을 측정하는 연산부; 를 포함한다. 이에 의해, 광섬유를 사용하여 빛이 진행하는 동안의 손실이 적고, 광섬유가 시료부에 결합되므로 시료부로 출력되는 빛과 시료부로부터 입력되는 빛의 위치를 고정시킬 수 있다. 또한, 가변부를 구비하여 광범위한 농도의 시료를 측정할 수 있다.