本申请公开了一种非制冷高光谱成像芯片和高光谱成像仪，包括感光芯片，感光芯片包括多个超像元，每个超像元包括多个互不相同的第一光谱像元，每个第一光谱像元包括多个使第一光谱像元的光谱响应为宽带响应的特征微结构；每个超像元输出与待测目标对应区域的光谱信息，光谱信息包括多个离散的波长，以便得到与每个波长对应的光谱图像，并得到高光谱数据立方体。本申请中特征微结构使非制冷高光谱成像芯片的光谱响应为宽带的，没有狭缝和窄带滤光片限制光谱成像系统的光通量，提升光通量和信噪比；超像元兼具光谱测量和成像作用，从而使非制冷高光谱成像芯片通过一次曝光拍摄即可得到高光谱数据立方体，解决传统光谱成像系统成像缓慢的问题。