本发明公开了一种跨临界二氧化碳制冷方法及其装置，该方法包括：(1)将过热二氧化碳蒸汽加压进行一次压缩和一次冷却；(2)将亚临界二氧化碳进行二次压缩和二次冷却；(3)超临界二氧化碳再次冷却后节流为低温亚临界二氧化碳；(4)将节流后的低温亚临界二氧化碳送入蒸发罐蒸发为高温低压二氧化碳气体；(5)高温低压二氧化碳气体吸收热量后转化为过热二氧化碳蒸汽，并送入第一压缩机升压进行循环利用。该跨临界二氧化碳制冷方法及其装置，利用膨胀机回收并输出机械能带动压缩机使其完成压缩，并使用双压缩机来提高超临界二氧化碳的压缩性能和使用双气体冷却器和内部内部回热器对二氧化碳气体进行冷却，以提高二氧化碳的循环能效。