本发明提供一种基于飞秒激光的光学元件表面微结构两步加工方法，属于工程光学技术领域。为解决现有技术中缺少光学元件表面微小结构的加工方法，而采用飞秒激光对光学元件表面进行微结构加工，往往存在粗糙度较大的问题。本发明方法包括如下步骤：根据微结构加工需求绘制加工轨迹图像，将待加工光学元件装夹在加工平台上并对其进行准确定位；调整激光光路为红外飞秒激光，将所述加工轨迹图像导入加工系统，设置加工参数对光学元件进行飞秒激光加工，得到初始微结构；将加工平台移动到振镜系统下，调整激光光路为紫外飞秒激光，设置加工参数，对初始微结构进行柔性抛光，得到最终微结构。通过本发明方法得到的光学元件表面微结构具有较高的质量。