本发明公开了一种自动控温的超低温半导体制冷器及其自动控温方法，制冷器包括温度传感器、预设温度调节器、控制器、可控开关堆、直流电源、半导体制冷堆、散热器、绝热外壳；半导体制冷堆置于散热器上，绝热外壳在散热器上方且将半导体制冷堆置于内；温度传感器、预设温度调节器和每个可控开关分别与控制器连接；直流电源通过可控开关连接半导体制冷片为其供电。自动控温方法依据设定温度与测量温度差异，通过可控开关堆实现对多片制冷片的工作时序及通断状态精确控制，实现精确超低温制冷与温度控制，其工作过程分为慢速启动、满负荷运转和恒温控制，控制过程中采用分层控制方式，通过反馈方式改变半导体制冷片得脉冲占空比，实现最佳能耗修正。