本发明公开了一种半导体激光器的二级控温结构和方法，其特征在于包括组装结构和激光器二级控温电路，其中，组装结构包含基座、制冷硅片、塑料垫圈、隔离罩和二级控温热敏电阻；基座的顶端上设有激光管安装孔、激光器定位孔和热敏电阻安装槽，底端设有制冷硅片安装槽；分别用于紧密导热连接激光管、加装塑料垫圈并固定激光器至光学平板；激光器二级控温电路包括温度测量单元、温度设定单元、比较器、低通滤波器和制冷硅片电流驱动器；温度测量单元计算获得二级控温热敏电阻的温度；温度设定单元根据一级控温温度和设定的环境温度，确定二级控温的目标温度；比较器通过比较温度与目标温度，生成温度控制误差信号并滤波后发送给制冷硅片电流驱动器。