本发明提供了一种钢轨实物疲劳测试装置及测试方法，其中，装置包括：用于支撑钢轨的钢轨支撑组，钢轨支撑组包括第一支辊和第二支辊，第一支辊和第二支辊之间间距可调；用于夹持钢轨轨头的轨头夹持机构，轨头夹持机构包括垂向加载夹具、相互配合的第一纵向夹具以及第二纵向夹具，第一纵向夹具以及第二纵向夹具用于钢轨轨头的纵向夹持，以及用于连接钢轨以及轨头夹持机构的测试连接机构；本发明设置了钢轨支撑组以及轨头夹持机构，钢轨支撑组以及轨头夹持机构配合工作，实现了对待测试钢轨的稳定夹持和固定，且适应于不同规格的钢轨，利于钢轨的性能测试，可以更准确评价钢轨的服役性能，非常适合开展钢轨服役性能研究。