本发明公开了一种阴极电芬顿耦合阳极氧化的废水处理装置和废水处理方法，废水处理装置包括反应容器、电极单元和直流电源单元，电极单元中的各个电极分别与直流电源单元电连接，其中电极单元包括空气扩散阴极和活性阳极；空气扩散阴极包括第一碳毡基体和分别一体设置于第一碳毡基体两侧的空气扩散层和催化层，空气扩散阴极密封嵌入连接在反应容器的侧壁上，且空气扩散层设置于反应容器的外侧，催化层设置于反应容器的内侧，活性阳极与空气扩散阴极相互间隔地平行设置，且活性阳极设置于空气扩散阴极的催化层的一侧。本发明提供的废水处理装置和废水处理方法，能够实现不需添加任何化学药剂就可达到有机废水高效降解的目的。