一种采用深冷激光冲击强化金属材料的方法与装置，属于激光加工、冷处理领域。本发明装置包括了深冷处理腔、激光器、液氮罐、温度传感器等。本发明方法是在超低温环境下采用激光冲击强化技术对材料进行强化处理，完毕后，保温一段时间后，让其缓慢升至室温。在超低温环境下，金属材料发生收缩变形，在材料内部产生大量的位错，借助激光冲击强化技术的瞬时冲击效应，使材料中高密度位错发生高速运动，继而诱发高密度纳米孪晶，使材料获得高强度同时具有较高的韧性，有效地防止了金属材料在低温环境下发生脆性破坏；同时在材料中析出大量纳米析出物，并能有效促进残余奥氏体的转变、马氏体及晶粒的细化，从而显著提高了材料的力学性能和机械性能。