本发明公开了一种复合物料二级高温厌氧发酵高效制备沼气的装置及其方法，该装置包括：第一、第二一级厌氧发酵；第一一级厌氧发酵罐连接第一换热器一端，第一换热器的另一端分别连接第一一级厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐；第二一级厌氧发酵罐连接第二换热器一端，第二换热器的另一端分别连接第二一级厌氧发酵罐和二级厌氧发酵罐；二级厌氧发酵罐上设有沼气输送接口。该方法包括：(1)将物料分类；(2)对分类的物料分别进行预处理；(3)制备一级处理物料和二级处理物料；(4)送入二级厌氧发酵罐并回流；(5)收集二级厌氧发酵罐产生的沼气。本发明具有装置长期运行稳定、对氨氮、酸碱及挥发性有机酸(VFA)的耐受能力强，产气率高的优点。