本发明公开了一种材料力学性能测试装置，在工作平台上沿X轴和Y轴方向上设有相互垂直的滑轨，在滑轨上设有沿X轴方向和/或Y轴方向拉伸试件的第一拉伸座和第二拉伸座，夹持装置设在第一拉伸座和第二拉伸座之间，在夹持装置下方设有用于向试件沿Z向施加弯曲载荷的顶弯机构，通过控制拉伸载荷驱动装置向试件施加拉伸载荷，控制弯曲载荷驱动装置则向试件施加弯曲载荷，对试件可实现双轴拉伸及弯曲复合载荷模式的材料力学性能测试，所提供的复合载荷模式，符合试件在实际工况下的应力水平。同时也可以进行纯拉伸测试、纯三点弯曲测试，双轴拉伸及三点弯曲载荷可独立加载或依次加载，本发明具有结构紧凑、复合程度高特点。