本发明公开了一种LNG梯级冷能利用系统，包括LNG燃料储罐、LNG汽化器、第一换热器和第二换热器，所述自增压器与第一风冷机的内部盘管入口连通，第一风冷机的内部盘管出口与LNG汽化器连通；所述LNG燃料储罐与LNG汽化器连通，LNG汽化器的出口与第二风冷机连通；所述LNG汽化器与第一换热器的冷源通道入口连通，第一换热器的冷源通道出口与第二换热器的冷源通道入口；所述第一换热器的热源通道与冷媒储罐的出口连通。本发明还提供了一种LNG梯级冷能利用方法。本发明的有益效果为：设计多级风冷机及换热器，利用LNG汽化过程吸热，为冷库、机房、办公区提供冷量降温，这种梯级式的设计实现各区域的温度调节需求，大大提高了LNG冷能的利用率。