本申请提供一种材料性能原位试验装置及试验方法，涉及材料力学性能检验技术领域，装置包括靶室、旋转样品台、离子源、真空直线导入器、红外位移传感器、抽真空机构以及控制台，通过旋转样品台固定材料样品，且旋转样品台转动使材料样品朝向不同方向；通过离子源向材料样品垂直发射离子束流，对材料样品进行辐照实验；通过真空直线导入器高频率上下运动，反复冲击材料样品，得出辐照后材料样品的疲劳寿命，或通过真空直线导入器缓慢向材料样品移动，直到试样破裂，得出辐照后材料样品的力学性能。本申请可对材料样品进行辐照实验、反复冲击试验以及穿透试验，可准确的测得材料样品辐照层的力学性能。