本发明提供了一种纳米材料单晶应力场耦合电化学测试装置及方法，解决现有测试方法无法实现二维材料定量应变下的电化学测试问题。测试装置包括光学显微镜、电化学工作站、电化学原位测试单元和应力施加单元；电化学原位测试单元包括自上而下配合安装的测试主体以及测试底座；应力施加单元包括探针、探针夹持组件以及三维移动平台；探针通过探针夹持组件竖直安装在三维移动平台上，探针在三维移动平台的调节下，对置于测试底座上的柔性衬底施加机械应力，使待测纳米材料发生应变；光学显微镜通过小孔测量待测纳米材料产生的应变量；电化学工作站测量应变量下测量待测纳米材料的电化学性能。