一种厌氧消化污泥热水解和超声波联合预处理的方法，包括以下过程：（1）经浓缩后的污泥进行预热，使污泥的温度升高到50℃-60℃；（2）将经预热后的污泥泵入热水解反应罐内，泵入的污泥体积不超过罐体内部体积的二分之一，使蒸汽发生器产生的热蒸汽持续进入热水解反应罐内，将热水解反应罐内的温度控制在118℃-122℃，在该温度下保持30分钟；（3）热水解预处理后的污泥经热交换器使温度降低至50℃后进入超声波反应器内，用频率为20KHz-28KHz、声能密度为0.33W/mL的超声波进行处理，处理时间为30分钟到60分钟。本发明采用热水解和超声波联合预处理方法，不但可以提高污泥的水解速率，而且可以通过热量的综合调配降低运行能耗。