本发明涉及一种高温超声疲劳原位测试仪器及测试方法，属于精密科学仪器领域。仪器由整体框架模块、机械加载模块、高温加载模块和原位监测模块组成，整体框架模块用于对各功能模块精确定位，同时提供稳定支撑和有效隔振；机械加载模块用于对被测试样两端同步施加静态拉伸/压缩载荷，依据测试需要施加超声疲劳载荷，并可实现轴向的精确转位；高温加载模块用于对被测试样施加高温载荷；原位监测模块用于对被测试样的表面变形损伤与内部损伤缺陷实施并行原位监测。可实现对被测试样缺陷信息由内而外、由表及里的同步表征及三维重构。具有载荷环境复杂、测试精度高、同时能动态监测材料力学行为与变形损伤机制的特点。