本发明提出了一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置，由多个串联的高压微生物富集培养釜组成；高压微生物富集培养釜上设置有可拆卸密封盖和连接取样阀组，其内部设置有传感器组；每个高压微生物富集培养釜均安置在高低温水浴容器中；本发明还提出一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化方法，应用一种高压环境深海微生物富集与多层级纯化装置实现，其可以实现深海嗜压菌等极端条件下生活的微生物在原位生活的压力和温度条件下进行富集培养，有效的提高深海微生物的富集培养成功率；同时，通过多层级的富集和稀释纯化培养过程，可得到纯度较高的深海微生物种群，为深海工程菌的开发提供重要的基础技术手段。