本公开提供了一种多芯光纤三维形状传感系统，包括：磁光开关、辅助干涉仪、三台主干涉仪、光纤扇出器、数据采集模块以及数据处理模块。所述磁光开关通过时分复用的方式连通各个端口；所述辅助干涉仪用于产生外部时钟信号；所述光纤扇出器用于将分别与所述三台主干涉仪连接的三根单芯光纤合成为一根多芯光纤；所述数据采集模块用于在所述外部时钟信号下采集所述三个主干涉仪的拍频信号；所述数据处理模块根据所述数据采集模块采集到的信号生成所述三根单芯光纤的应变信息。在本公开提供的传感系统的基础上，可以实现在使用一根单模多芯光纤的情况下，实时重构出该光纤在空间中的三维形状。