本发明公开一种本发明提出的微小裂纹扩展原位试验和观测装置，包括疲劳加载系统、温度控制系统和显微光学成像与监测系统。其结构简单合理，利用疲劳加载系统、温度控制系统和显微光学成像与监测系统，可针对金属材料在高温大气环境下的微小裂纹萌生和扩展进行原位在线试验与观测，无需暂停试验机对试样进行拆卸和再处理，从而有效解决了现有技术存在的无法连续在线开展高温大气环境下金属微小裂纹扩展行为试验的问题。同时，本发明创新地利用带通滤波原理对高温下试样和温度控制系统的高温热辐射和可见光(主要为红光段)进行截断，消除高温对裂纹观测带来的干扰。