本发明公开了一种以激光为热源的活塞热疲劳实验装置及方法，该装置包括：支架、控制装置、加热装置、测温装置、监视装置和冷却装置；加热装置由一激光器和一光束整形器组成，激光器发出的激光通过光束整形器后照射垂直照射到活塞表面，光束整形器将激光器发出的一束激光变换成为一束具有多个同心环形光斑的激光。该方法包括：时间控制模式和温度控制模式。两种控制模式均可实现活塞高周或低周热疲劳模拟。本发明具有能够模拟实际工况下活塞表面的温度场分布、实验周期短、可控性好的优点。