Las máquinas herramienta de cuatro ejes con dos ejes rotativos se utilizan ampliamente en el mecanizado de piezas complejas. Sin embargo, debido a una relación cinemática irregular y a una función cinemática no lineal con error geométrico, es difícil analizar la influencia que tiene el error geométrico de cada eje y compensar dicho error geométrico. En este estudio, se desarrolló un método de análisis de influencia del error geométrico basado en la matriz de transformación de coordenadas homogéneas y un método de compensación, utilizando el método iterativo de Newton. Los errores geométricos se caracterizan mediante una matriz de transformación de coordenadas homogéneas en el método propuesto, y una matriz de error se integra en el modelo cinemático de la máquina herramienta de cuatro ejes como un medio para estudiar la influencia que tiene el error geométrico de cada eje en la trayectoria de la herramienta. Basado en el modelo cinemático de la máquina herramienta de cuatro ejes considerando el error geométrico, se construyó un modelo de cálculo de compensación de error geométrico integral basado en la iteración de Newton para calcular la trayectoria de la herramienta como un medio de compensar el error geométrico. Finalmente, se eligió la máquina herramienta de cuatro ejes con una trayectoria de herramienta curva para una lente óptica fuera del eje para la verificación del método propuesto. Los resultados mostraron que el método propuesto puede mejorar significativamente la precisión del mecanizado.