本发明公开了一种大气挥发性有机物冷凝浓缩取样装置，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级冷阱以及第二级冷阱，第一级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；第二级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。本发明还公开了一种大气挥发性有机物冷凝浓缩取样方法。本发明的大气挥发性有机物冷凝浓缩取样装置及取样方法，能够满足对挥发性有机物含量在线自动监测的需要，可用于大气挥发性有机物含量的实地在线自动检测。