本发明公开了一种毫米波透镜天线，包括相对设置的透镜和馈源，还包括介质层和用于等效增加馈源到透镜之间距离以等效长焦距条件下实现对辐射电磁波相位校正的反射阵结构，所述的介质层设置在所述透镜和馈源之间，所述透镜的平面部与介质层相连接且直径相同，相对所述平面部的曲面部与所述介质层相背离；所述的反射阵结构包括居中设置在透镜和介质层之间且正对所述馈源的第一反射部、设置在所述馈源和介质层之间的第二反射部，所述第二反射部的中部居中设置有与所述馈源、第一反射面同轴的通孔。本发明结构简单易于加工，适合毫米波及亚毫米波段；在实现天线系统低剖面、结构紧凑的同时保证天线的高口径效率、高辐射效率、高增益。