本申请公开了一种高镍渗碳钢及其制备方法，属于金属材料表面化学热处理强化技术领域，解决了现有技术中强渗阶段的高碳含量生成粗大的碳化物导致接触疲劳性能恶化以及对残余奥氏体的控制工艺复杂、稳定性较差的问题。本申请的制备方法包括如下步骤：采用超高碳势碳源对基体材料表面进行热扩散处理，在基体材料表面形成含有超饱和碳含量的表层以及含有饱和碳含量的次表层；采用低碳势含氧碳源对含有超饱和碳含量的表层进行脱碳处理，使得表层碳含量小于或等于次表层碳含量，得到渗碳钢材料；对渗碳钢材料进行连续固态相变处理，得到高镍渗碳钢。本申请的高镍渗碳钢及其制备方法可用于低速重载齿轮。