本实用新型属于海水淡化技术领域，具体涉及一种冷冻蒸发联合作用的两级压缩热泵海水淡化装置；制冷剂循环系统包括第一压缩机、第一冷凝器、第一节流阀、蒸发器、第二压缩机、第二冷凝器、第二节流阀、气液分离器以及第三换热器；第一海水淡化系统包括第一海水水箱、第一水泵以及蒸发器；第二海水淡化系统包括第二海水水箱，第二水泵、第一冷凝器、第二冷凝器、真空泵、第二换热器以及淡水水箱。本实用新型采用两级压缩热泵技术制取淡水，在蒸发器侧将海水冷冻形成不含盐分的冰；在冷凝器侧将海水加热形成不含盐分的水蒸气，海水经过两个冷凝器加热，更容易达到沸点而蒸发；同时能够通过制冷剂循环将蒸发器侧的冰融化。