本发明提供一种基于增压控温的过冷液甲烷自循环在线制备系统及方法，主要解决现有液甲烷过冷时制备效率低，且无法实现稳定输出，影响发动机性能的问题。该系统包括液氮供应单元和甲烷过冷单元；液氮供应单元包括液氮供应容器、液氮加注管路、液氮输送管路和液氮供应放气管路；甲烷过冷单元包括换热容器、换热增压管路、换热放气管路、换热器、换热升温管路、换热升温排气管路、甲烷加注管路和过冷甲烷输出管路；本发明液氮供应单元主要提供冷却的液氮，甲烷过冷单元主要用于将液甲烷进行冷却。