本发明提供一种变压器油宽频介电响应等效模型建立方法，属于电气工程领域。该方法包括：S1：变压器油样品制备；S2：变压器油频域介电谱的测量；S3：变压器极化电流的测量；S4：根据频域介电谱测量数据，建立变压器油的双支路扩展徳拜模型；S5：根据建立的双支路扩展徳拜模型，结合极化电流测量数据，建立变压器油的三支路扩展徳拜模型。本发明能够在宽频范围内对变压器油介电响应进行精确建模，实现变压器油频率介电特性的定量描述，对更全面地认识其电导和极化特性具有重要意义。