本发明涉及汽车空调技术领域，公开了一种汽车热泵系统及其控制方法，其中汽车热泵系统包括沿送风方向依次安装于汽车的空调风道内的第一车内换热器和第二车内换热器，还包括安装于空调风道外的压缩单元、制热膨胀阀和第一车外换热器，压缩单元包括第一级压缩机和第二级压缩机；第一车外换热器的出口、第一级压缩机、第一车内换热器、第二级压缩机、第二车内换热器、制热膨胀阀和第一车外换热器的进口依次连接，以形成制热循环回路。该汽车热泵系统利用第一车内换热器对压缩单元的第一级压缩机的排气进行冷却，同时利用第一车内换热器对刚进入空调风道的温度较低的空气进行预加热，有效回收中间冷却的废热，提升冬季工况的制热量。