本发明公开了一种大气挥发性有机物取样分析装置，包括低温环境箱和大气采样器，低温环境箱中设有低温冷阱装置，低温冷阱装置包括第一冷阱、第二冷阱以及第三冷阱，第一冷阱包括第一冷凝管、以及第一半导体制冷片组，第一冷凝管上缠绕有第一加热丝；第二冷阱包括第二冷凝管、以及第二半导体制冷片组，第二冷凝管上缠绕有第二加热丝；第三冷阱包括第三冷凝管、以及第三半导体制冷片组。本发明还公开了一种大气挥发性有机物取样分析方法，本发明的大气挥发性有机物取样分析装置及取样分析方法，能满足对挥发性有机物含量在线监测的需要，可用于大气挥发性有机物含量的实地在线自动检测。