本发明公开了一种利用压缩空气膨胀制冷的空气产水装置及产水方法，属于空气中取水的技术领域，装置中压缩单元Ⅰ、压缩单元Ⅱ对空气进行压缩与换热冷却，常温常压的空气被第一段压缩机、第二段压缩机升温升压，后经换热器降温进入气水分离器进行液态水与空气分离；升温升压后的空气提高了空气中水蒸气的分压，增大了水蒸气的露点温度，降低了水蒸气液化的条件，使得常温空气可为水蒸气液化提供冷能。且高压空气被用于驱动膨胀机产生机械能和冷能，满足产水装置的部分需求，减少产水装置对外界的依赖。发明本发明中，压缩机组电能来源广泛，对空气湿度要求较低，应用范围广，不受空间地域的限制，操作简单，为产水行业提供了一种新的操作方案。