本发明公开了一种A2O-MBR污水处理装置，包括依次序相互连通的厌氧池、缺氧池、好氧池、膜池，缺氧池与膜池也相连通。也公开了一种污水处理方法：经预处理后的污水分别流入厌氧池和缺氧池；流入厌氧池的污水与缺氧池回流的混合液完全混合，发生生化反应；经厌氧池后的混合液连续进入缺氧池，与流入的预处理后污水、好氧池回流的混合液三者完全混合；经缺氧池后的混合液分别流入好氧池和膜池；膜池混合液部分回流入好氧池第一廊道，与缺氧池流入的混合液完全混合并推流至好氧池其它廊道，而后流入膜池。本发明将A2O工艺与MBR工艺有机结合，较好地解决传统A2O及MBR工艺所存在的缺陷、提高出水水质，大幅降低系统运行能耗，降低污水处理费用，实现节能减排。