本发明涉及一种奥氏体大晶粒包裹回火马氏体小晶粒组织结构的304奥氏体不锈钢及其制备方法。本发明首先将冶炼、锻造及热轧后的不锈钢板进行固溶处理；接着利用轧机对处理后的钢板进行中温小变形处理，引入位错、层错等形变缺陷；继而进行低温处理，驱动形核质点触发马氏体相变；随后进行低温回火处理，对温度诱发马氏体进行回火，获得回火马氏体板条。最终获得大晶粒奥氏体包裹小晶粒回火马氏体板条异构组织的304奥氏体不锈钢.其组织特点是具有等轴状的奥氏体大晶粒及回火马氏体小晶粒，其中大晶粒奥氏体包裹着回火马氏体小晶粒。利用引入回火马氏体小晶粒作为强化相提高大晶粒尺寸奥氏体不锈钢的屈服强度。