本发明公开了一种燃料电池膜电极组件的层合装置，包括：分别沿着不同输送路径输送两组复合膜层的第一和第二输送机构，对两组复合膜层执行层合处理的层合机构，对层合后膜层执行对齐检测的对齐检测机构，以及对齐调整单元；其中第一、第二输送机构分别用于输送对应模切有多个模切框的第一、第二复合膜层；对齐检测机构用于对层合后膜层采集其模切框图像；对齐调整单元根据对齐检测机构所获得的模切框图像，计算其间距值并相应调整第二输送机构的输送调节，从而实现两组复合膜层的对齐及层合。本发明还公开了相应的层合方法。通过本发明，可以使膜电极组件中两个密封层之间实现精确对齐，同时具备重复定位精度高、便于操作和稳定可靠等优点。