本发明公开了一种用于确定寒区隧道防冻长度的模型试验装置及试验方法，包括：温控室和放置于温控室内的隧道模型箱；隧道模型箱，为一前后两端均为敞口状，箱体内装填有围岩，在围岩内，且位于其中部设置有拱形的混凝土衬砌，混凝土衬砌前后贯穿围岩，形成前后两端贯通的隧道；在温控室内，且位于隧道前后端入口均安装有抽风式射流风机；在射流风机上装设有空气温度监测元件，用于监测进入隧道内送风的温度；在围岩内，且环绕于隧道外一周设置有多个围岩温度监测元件，且围岩温度监测元件沿着隧道径向延长线方向间隔排布。该模型试验装置通过模拟吹入隧道空气的风速和风温，从而确定不同自然风条件下的隧道防冻长度。