本发明涉及钛及钛合金的加工、力学性能和氢脆敏感性领域，具体为一种高强度抗氢脆纯钛及其制备方法。高强度抗氢脆纯钛的微观结构由粗晶、超细晶、纳米晶和变形孪晶组成，其制备方法包括以下步骤：对原始纯钛棒材在液氮温度下进行高应变速率压缩变形，得到冷变形组织的高强度纯钛，对变形后的纯钛先进行石英封管，然后在450～500℃退火0.5～1小时，得到含有大量小角度晶界和高密度变形孪晶的纯钛。本发明通过对工业纯钛进行简单的单次变形结合单次退火处理，获得了同时具备高强度和优良抗氢脆能力的纯钛，具有方法简便，可操作性强的特点，一定程度上拓展了纯钛在海洋环境和人体植入环境的应用。