本发明提供一种高温合金反重力充型及凝固过程的原位观测装置及方法，装置包括：熔体铸型机构，包括石英片腔体以及熔体槽和铸型；同步辐射光源的X射线通过铸型观测窗口照射在铸型的中心；加热机构，用于对高温合金进行加热形成合金熔体，以及对铸型进行加热；测温机构，用于测量合金熔体和铸型的温度；调压机构，对上密封室和下密封室同时施加压力，利用上密封室与下密封室之间压力差，将合金熔体自下而上压进铸型中，铸型充满后，保持上密封室与下密封室压力差恒定，直到铸件凝固完成；探测器，获取合金熔体实时充型及凝固行为的信号。本发明能够研究调压工艺参数对反重力铸造成形性能的影响，并实现合金熔体在铸型中充型及凝固过程的原位观测。