一种分层同步加载作动器，属于岩石力学试验技术领域，包括第一和第二加载组件；两加载组件在圆周方向上为同轴套装式布局且在轴向方向上为双层并列式布局；第一加载组件包括第一缸筒、第一活塞、第一封盖板、第一法兰、第一位移传感器、第一测力传感器、第一传力块及第一加载块，第一活塞为实心单出杆活塞，第一加载块上设有偏置的外凸段；第二加载组件包括第二缸筒、第二活塞、第二封盖板、第二法兰、第二位移传感器、第二测力传感器及第二加载块，第二活塞为空心单出杆活塞，第二测力传感器采用环式结构，第二加载块上设有第一加载块外凸段穿出孔。本发明能够同步输出压缩和剪切载荷，满足岩石试样同时受到压缩和剪切应力的加载条件。