一种耦合发动机冷却和车辆制冷的废热梯级回收供能系统及其工作方法，属于能源动力领域。其特征在于：主要借助车辆发动机（1）现有冷却回路的散热器（4）和制冷回路的冷凝器（7），仅增加增压泵（5）、第二蒸发器（11）和透平（4）等部件，直接回收全部冷却废热及间接回收部分烟气废热，并将其转化为高品位机械能，该系统可通过三种运行过程满足不同季节的动力/冷/热负荷需求，对现有车辆载重空间影响不大，而且能够通过梯级回收低品位废热显著降低车辆油耗。