本发明公开了一种样本冷藏存储装置和样本流水线分析系统。该样本冷藏存储装置包括冷藏存储区，冷藏存储区包括存储区框体、冷藏放置架和第一制冷机构；冷藏作业区，冷藏作业区包括作业区框体、样本分拣机构、样本架装载机构和第二制冷机构，作业区框体与存储区框体连通后形成封闭腔体，样本分拣机构和样本架装载机构配合能够将冷藏放置架上的待载出样本通过出入口载出，将待载入样本通过出入口载入至冷藏放置架；样本传输轨道；中央控制系统。由于样本分拣机构位于冷藏作业区，样本滞留时，第二制冷机构使样本处于低温环境，减少了样本发生腐败失效的情况，减少了样本采集次数，提高了样本检测的效率。