本发明公开了一种非线性应变路径下的成形极限试验装置及试验方法，包括如下几方面：将试验装置的凸模和凹模均设计成中空形状，并让边部能够完全贴合；将试验样件切割成不同形状并放置于试验装置中，通过凹模的移动对试验样件进行一定程度的成形操作；在中空区域布置一个激光切割头，在成形极限试验过程中，通过改变激光切割头的位置，在试验样件上面进行不同形状的切割；通过搭配不同的初始样件尺寸及激光切割头工作位置，实现不同应变路径下的成形极限测试工作；本发明实现了成形极限试验过程中应变路径的改变，从而可以测量出非线性应变路径下的冲压成形极限。