本发明涉及试验设备领域，尤其是涉及快速温变试验箱两级复叠式制冷系统，包括第一制冷系统和第二制冷系统，所述第一制冷系统由第一制冷管路件依次串联的第一压缩机、第一油分离器、第一冷凝器、第一储液器、第一热力膨胀阀和第一蒸发器，所述第一制冷系统的冷媒为R404A；所述第二制冷系统由第二制冷管路件依次串联的第二压缩机、第二油分离器、第二冷凝器、第二储液器、第二热力膨胀阀和第二蒸发器，所述第二制冷系统的冷媒为R23。本发明快速温变试验箱两级复叠式制冷系统的第一制冷系统的蒸发器用来冷却第二制冷系统的冷凝器，而第二制冷系统的蒸发器用于实现对试验室的快速降温，能更好的达到降温效果。