本发明公开了一种电化学牵伸制备取向碳纳米管纤维的装置及方法。所述方法包括：以作为工作电极的原始碳纳米管纤维与对电极、参比电极及电解质液构建电化学反应体系，在使所述电化学反应体系通电的同时对原始碳纳米管纤维施加选定牵伸应力进行电化学牵伸，使电解质液离子嵌入到原始碳纳米管纤维内部，使其在膨胀状态下由于牵伸应力的作用产生碳纳米管的取向；在保持施加所述选定牵伸应力的同时使所述电化学反应体系断电，电解质液离子脱出，从而获得高度取向的碳纳米管纤维。本发明的电化学牵伸制备取向碳纳米管纤维的方法对纤维取向程度可控，可根据调控不同的参数调节牵伸比，一步法操作，方便快捷，所需时间小于一分钟，最短可达10s。