本发明公开了一种层级蜂窝式声学超材料结构及其优化方法，属于机械减振结构领域。其为由层级蜂窝式基体和树脂嵌入体组成的层级蜂窝式结构，通过不同大小的正六边形取代规则六边形蜂窝结构的单元壁和单元角形成层级结构得到，其中层级蜂窝式基体内未填充散射体，优化方法包括用遗传算法优化树脂嵌入体在层级蜂窝式基体中的分布位置；用数值计算得出层级蜂窝式结构的波传播特性，填充后的层级蜂窝式结构在低频范围内产生宽的带隙，且随着层级数的增加，带隙出现的频率越低；以层级蜂窝式结构为例制作实物，针对仿真结果进行验证。本发明克服传统的蜂窝式结构带隙频率高、带宽窄的问题，更好实现低频隔振，促进声学超材料在低频隔振领域的利用。