本发明提供了一种GH4720Li合金盘件锻后控温冷却方法和应用，涉及镍基高温合金加工领域，GH4720Li合金盘件锻后控温冷却方法包括以下步骤：将等温模锻得到的GH4720Li合金盘锻件进行空冷，空冷至650℃-800℃，冷却时间为10-20min；对空冷后的GH4720Li合金盘锻件以0.005-0.015℃/s的冷速冷却至室温。GH4720Li合金盘件在锻后冷却过程中使用该控温冷却方法，可获得晶粒度细小(晶粒度8级或更细)、γ′强化相分布均匀的组织。